基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115360494A(43)申请公布日2022.11.18(21)申请号202210835299.7(22)申请日2022.07.15(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人周佩珩胡远航王炯刘彦宁王茂人李树伟陈海燕(74)专利代理机构电子科技大学专利中心51203专利代理师吴姗霖(51)Int.Cl.H01P5/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器(57)摘要一种基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，属于拓扑光子晶体技术领域。所述光子晶体分束器包括金属板，位于金属板之上的光子晶体结构，光子晶体结构由多个蜂窝晶格结构的元胞构成，其中金属柱占据蜂窝晶格结构的格点，铁氧体占据蜂窝晶格结构的中心。本发明基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器中，在金属板上表面设置由铁氧体和金属柱构成的光子晶体结构，光子晶体能带中位于光锥下的本征模式可以很好的局域在金属柱的周围，并沿着金属柱与空气的界面传播，使得该光子晶体结构工作在表面波模式下，通过位于金属板背面的单层永磁体给铁氧体提供近似的饱和磁化，就能实现谷极化的分束器，有利于光子晶体分束器向着小型化集成化的方向发展。CN115360494ACN115360494A权利要求书1/1页1.一种基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，包括金属板，位于金属板之上的光子晶体结构，所述光子晶体结构由多个蜂窝晶格结构的元胞构成，其中金属柱占据蜂窝晶格结构的格点，铁氧体占据蜂窝晶格结构的中心；当俯视所述光子晶体结构时，光子晶体结构包括左右并排设置的分束区和激发区，激发区包括上下并排设置的第一激发区和第二激发区，分束区包括上下并排设置的、从上到下依次排列的第一分束区、第二分束区、第三分束区和第四分束区，分束区和激发区形成三叉形的三个波导通道，用于实现谷极化的电磁波的传输，其中，所述第二分束区和第三分束区的元胞中，上三角亚晶格位置的金属柱高度h1相同，下三角亚晶格位置的金属柱的高度h2相同，且h1‑h2＝dis≠0，第二分束区和第三分束区的dis互为相反数；所述金属板的背面、铁氧体的正下方设置多个盲孔，用于放置永磁体。2.根据权利要求1所述的基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，所述铁氧体为Y3Fe5O12、Sm3Fe5O12或Gd3Fe5O12；所述金属板与金属柱的材料为金属铝或铜，所述永磁体为钕铁硼或铝镍钴。3.根据权利要求1所述的基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，所述铁氧体和永磁体之间的金属板的厚度为1mm以下。4.根据权利要求1所述的基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，所述第一激发区、第二激发区、第一分束区和第四分束区中，铁氧体的高度为金属柱高度的1/4～1/3。5.根据权利要求1所述的基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，所述第一分束区和第一激发区中，铁氧体和金属柱的尺寸完全相同。6.根据权利要求1所述的基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器，其特征在于，所述第四分束区和第二激发区中，铁氧体和金属柱的尺寸完全相同。2CN115360494A说明书1/4页基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器技术领域[0001]本发明属于拓扑光子晶体技术领域，具体涉及一种基于单层永磁体的谷依赖光子晶体分束器。背景技术[0002]光子晶体是人工排列的周期性电介质材料，因其具有特殊的“光子禁带”，在光通信系统以及光信息计算、存储中具有优秀的应用潜力。通过破缺光子晶体的物理对称性(时间反演或空间反演)，可以得到具有不同拓扑性质的禁带，在禁带中可以观察到沿着光子晶体边界传输的电磁波，其传输模式具有单向性、免疫背向散射的特点，这大大降低了传输时的损耗。[0003]相比于传统基于电子的通信传输技术，光子具有更快的传输速度以及更大的信息容量。目前，基于二维光子晶体的理论研究已经成熟，随着诸如量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应以及量子谷霍尔效应等理论的深入研究，描述了一系列具有不同拓扑属性的光子拓扑绝缘体，其映射的光学拓扑器件也应运而生。基于拓扑光子晶体能带特性的波导结构也展现出了新颖的物理机制，特别是在蜂窝晶格光子晶体中，其具有的能谷自由度也激发了谷极化光子器件的研究热潮，而谷极化对应的不同拓扑特性也可以被不同的拓扑不变量所描述。同时拓扑光子晶体的研究也推动了光学器件在未来取代传统电子器件的发展趋势。[0004]此外，表面电磁波理论的研究展现了其具有亚波长以及突破衍射极限的优秀物理特性。这为实现拓扑光子晶体的小型化提供了理论基础，这也使光子拓扑绝缘体的片上集成成为了可能。[0005]现有的光子晶