【摘要】：基于光波單向傳輸?shù)娜舛䴓O管在集成光通信、全光網(wǎng)絡(luò)和光信息處理中有重要應(yīng)用.基于方向帶隙失配設(shè)計(jì)的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)光波單向傳輸,但正向透射率較低,帶寬較窄.基于對(duì)光子晶體異質(zhì)界面傾斜角度的研究,根據(jù)界面全反射條件,利用可集成材料硅和二氧化硅設(shè)計(jì)了一種空氣孔型二維光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu).異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面兩側(cè)的光子晶體對(duì)1550 nm波長(zhǎng)附近的TE模光波在Γ-X方向均呈導(dǎo)帶,避免了方向帶隙失配.研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)異質(zhì)界面滿足全反射條件時(shí),由于光子晶體的自準(zhǔn)直效應(yīng),較寬波段的正向光波得以高效傳播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止傳播.光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面的全反射效應(yīng)打破了方向帶隙對(duì)光波單向傳輸?shù)南拗?使得反向光波在光子晶體中為導(dǎo)帶時(shí)同樣可實(shí)現(xiàn)近零透射率,從而拓寬了光波單向傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍.基于全反射界面的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化后,其正向透射率達(dá)0.64,透射對(duì)比度為0.97,單向傳輸帶寬可達(dá)553 nm.
[Abstract]:All-optical diodes based on unidirectional transmission of optical wave have important applications in integrated optical communication, all-optical network and optical information processing. The photonic crystal heterostructure based on directional bandgap mismatch can realize the unidirectional transmission of optical wave, but the forward transmittance is lower and the bandwidth is narrow. Based on the investigation of the tilt angle of the photonic crystal heterostructure, an air-porous two-dimensional photonic crystal heterostructure was designed by using the integrated materials silicon and silica according to the total reflection condition of the interface. The photonic crystals on both sides of the heterostructure interface exhibit conduction bands for the TE mode light waves near the wavelength of 1550 nm in the 螕 -X direction, thus avoiding the directional bandgap mismatch. It is found that because of the autocollimation effect of photonic crystal, the forward light wave in wider band can propagate efficiently when the heterogeneity interface satisfies the total reflection condition, while the backward light wave is forbidden to propagate at the interface due to total reflection. The total reflection effect at the interface of photonic crystal heterostructure breaks the restriction of directional band gap on the unidirectional transmission of optical wave, which makes the reverse light wave can also achieve near zero transmittance when it is a conduction band in photonic crystal. Thus, the wavelength range of optical wave propagation is widened. The photonic crystal heterostructure based on total reflection interface is optimized. The forward transmittance is 0.64, the transmission contrast is 0.97, and the unidirectional transmission bandwidth is up to 553 nm..
【作者單位】： 太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院;太原理工大學(xué)新型傳感器與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;斯威本科技大學(xué)微光子中心;山西大學(xué)理論物理研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):61575138);國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):61505135) 山西省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):2016011048) 國(guó)家留學(xué)基金委(批準(zhǔn)號(hào):201508140067)資助的課題~~
【分類號(hào)】：O734

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