基于光子晶体t型波导的直角输出磁光调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种调制器，尤其涉及一种基于光子晶体Τ型波导的直角输出磁光调 制器。
【背景技术】
[0002] 传统的光学调制器一般利用晶体的电光效应来实现对光的调制，需要有一个微波 调制信号，一块电光晶体，一个干涉结构，如马赫-曾德干涉结构等。由于电光晶体的电光系 数的限制，需要采用几何尺寸比较长的电光晶体，这样使得光学调制器的体积较大，只能用 在传统光学器件中，无法集成到光学芯片中。光调制器是在整体光通信的光发射、传输、接 收过程中用于控制光强度的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构体积小，高效短程便于集 成的光子晶体Τ型波导的直角输出磁光调制器。
[0004] 本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
[0005] 本发明基于光子晶体Τ型波导的直角输出磁光调制器，包括一个具有ΤΕ禁带的光 子晶体Τ型波导;所述调制器还包括一个输入端1，两个输出端2、3,背景硅介质柱4,等腰直 角三角形缺陷介质柱5和缺陷介质柱6,所述调制器还包括一个提供偏置磁场的电磁铁、一 个调制电流源和一个调制信号;所述光子晶体Τ型波导的左端为输入端1，所述输出端2、3分 别位于光子晶体Τ型波导的右端、上端;所述缺陷介质柱6位于Τ型波导中心交叉处;所述4个 等腰直角三角形缺陷介质柱5分别位于Τ型波导交叉的四个拐角处;所述光子晶体波导由 端口 1输入ΤΕ载波光，端口 3输出调幅光。
[0006] 所述调制器进一步包括导线8;所述电磁铁7的一端与调制电流源9的负极相连接； 所述电磁铁7的另一端通过导线8与调制电流源9的正极相连接;所述调制电流源9与调制信 号10相连接。
[0007] 所述光子晶体为二维正方晶格光子晶体。
[0008] 所述光子晶体由高折射率材料和低折射率材料组成;所述高折射率材料为硅或折 射率大于2的介质;所述低折射率介质为空气或折射率小于1.4的介质。。
[0009] 所述Τ型波导为光子晶体中移除中间一横排和中间一竖排介质柱后的结构。
[0010] 所述Τ型波导交叉拐角处的4个背景介质柱各删除一个角以形成等腰直角三角形 缺陷介质柱，该等腰直角三角形缺陷介质柱5为三角柱型。
[0011] 所述背景硅介质柱4的形状为正方形。
[0012]所述正方形娃介质柱以介质柱轴线ζ轴方向逆时针旋转41度。
[0013] 所述缺陷介质柱6为铁氧体方柱，其形状为正方形，所述铁氧体方柱的磁导率为各 向异性，且受偏置磁场的控制，偏置磁场方向沿着铁氧体方柱的轴线方向。
[0014] 所述所述端口 2与端口 3成直角布局，端口 3为调制输出端口。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下的优点：
[0016] (1)结构体积小，时间响应快，光传输效率高，适合大规模光路集成；
[0017] (2)可以短程高效地实现TE载波光波信号调制器，，便于集成，具有极大的实用价 值；
[0018] (3)应用光子晶体可等比例缩放的特性，通过等比例改变晶格常数的方法，可以实 现不同波长光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的功能；
[0019] (4)高对比度、高隔离度，同时还具有较宽的工作波长范围，可以允许有一定频谱 宽度的脉冲，或高斯光，或不同波长的光工作，或多个波长的光同时工作，具有实用意义。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的一种结构示意图。
[0021] 图中：输入端1输出端2输出端3背景娃介质柱4等腰直角三角形缺陷介质柱5 缺陷介质柱6
[0022] 图2是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的另一种结构示意图。
[0023] 图中：电磁铁7导线8调制电流源9调制信号10
[0024] 图3是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器结构参数分布图。
[0025]图4是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的偏置磁场正弦波形 图。
[0026] 图5是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器在一个周期内随偏置 磁场变化时磁导率μ，k的值的关系图。
[0027] 图6是本发明基于光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制曲线图。
[0028] 图7(a)是实施例1中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制曲线图。
[0029] 图7(b)是实施例1中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制灵敏度图。
[0030] 图8(a)是实施例2中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制曲线图。
[0031 ]图8(b)是实施例2中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制灵敏度图。
[0032] 图9(a)是实施例3中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制曲线图。
[0033] 图9(b)是实施例3中光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的调制灵敏度图。
[0034] 图10(a)、（b)是本发明光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的光场分布示意 图。
【具体实施方式】
[0035] 如图1所示，本发明光子晶体T型波导的直角输出磁光调制器的结构示意图（删除 偏置电路和偏置线圈），包括一个具有TE禁带的光子晶体T型波导，该调制器还包括一个输 入端1、，两个输出端2、3、背景硅介质柱4、等腰直角三角形缺陷介质柱5和缺陷介质柱6;本 器件初始信号光从左方端口 1入射，端口 2和端口 3输出光波;光子晶体T型波导的左端为输 入端1，端口 2、3分别位于光子晶体T型波导的右端、上端，该端口 2与端口 3成直角布局；；光 子晶体波导由端口 1输入TE载波光，再从端口 3输出调幅光；背景硅介质柱4的形状为正方 形，光轴方向垂直纸面向外，等腰直角三角形缺陷介质柱5为，T型波导交叉拐角处的4个背 景介质柱各删除一个角以形成等腰直角三角形缺陷介质柱，该等腰直角三角形缺陷介质柱 5为三角柱型，4个等腰直角三角形缺陷介质柱5分别位于T型波导交叉的四个拐角处，光轴 方向与背景介质柱相同，缺陷介质柱6述缺陷介质柱为铁氧体方柱，其形状为正方形，其位 于Τ型波导中心交叉处，光轴方向垂直纸面向外;该铁氧体方柱的磁导率为各向异性，且受 偏置磁场的控制，偏置磁场方向沿着铁氧体方柱的轴线方向。如图2所示，本发明的光子晶 体Τ型波导的直角输出磁光调制器的结构示意图（含有偏置电路和偏置线圈），调制器包括 一个提供偏置磁场的电磁铁7(电磁铁线圈），一个调制电流源9和一个与调制信号10,调制 器还包括导线8;电磁铁7的一端与调制电流源9的负极相连接;电磁铁7的另一端通过导线8 与调制电流源9的正极相连接;调制电流源9与调制信号10相连接。本发明调制器如图1和图 3所示采用笛卡尔直角坐标系:χ轴正方向为水平向右;y轴正方向为竖直向上;ζ轴正方向为 垂直于纸面向外。
[0036]如图3所示，本器件的相关参数为：
[0037] di = a(晶格常数）
[0038] d2 = 0.3a(正方形硅柱边长）
[0039] d3 = 0.2217a(正方形缺陷介质柱边长）
[0040] d4=0.3a(等腰直角三角形缺陷柱腰长）
[0041] d5= 1.2997a(等腰直角三角形缺陷柱斜边到正方形缺陷介质柱中心的距离）
[0042] d6=l.577a(波导宽长）
[0043]本发明的光子晶体为正方晶格，晶格常数为a，介质柱边长为0.3a，在光子晶体正 方形硅介质柱参考介质柱轴线方向（ζ轴)逆时针旋转41度时，采用平面波展开法得到光子 晶体中TE禁带结构，其光子TE禁带为0.3150至0.4548( ω a/23ic)，其中间的任何频率的光波 将被限制在波导中，正方晶格介质柱参考介质柱轴线方向（ζ轴)逆时针旋转41度后，获得了 更大更宽的禁带范围。
[0044] 本发明所使用硅介质波导需要删除一行和一列介质柱而形成T型波导。波导平面 垂直于光子晶体中的介质柱的轴线。通过在上述T型波导交叉处引入一个铁氧体方柱(正 方形缺陷介质柱6)，其边长为0.2217a，4个等腰直角三角形缺陷介质柱5斜边面分别到铁氧 体柱(正方形缺陷介质柱6)轴线的距离为1.2997a。铁氧体方柱的光轴与背景介质柱的光轴 方向一致。
[0045] 本发明的原理介绍主要针对磁光介质加以解释。铁氧体是一种磁各向异性的材 料，铁氧体的磁各向异性是由外加直流偏置磁场所诱导的。该磁场使铁氧体中的磁偶极子 循同一方向排列，从而产生合成的磁偶极距，并使磁偶极子在由偏置磁场强度所控制的频 率下做进动。通过调整偏置磁场强度可控制与外加微波信号的相互作用，从而实现光子晶 体T型波导的直角输出磁光调制器。在偏置磁场的作用下，铁氧体的磁导率张量表现为非对 称性，其中铁氧体张量磁导率[μ ]为：
[0046]
(#(偏置）（1)
[0047] 磁导率张量的矩阵元由以下方程给出：
[0048] ω 〇 = μ〇 γ Ho (2)
[0049] 〇m=y〇 yMs (3)
[0051 ] (5 )
[0050] 〇=2jif (4)
[0052] (6)
[0053] 其中，μ〇为真空中的磁导率，γ为旋磁比，Ho为外加磁场，Ms为饱和磁化强度，为工 作频率，P = k/y为归一化磁化频率，也叫分离因子，参数μ和k决定不同铁氧体材料，具有这 种形式的磁导率张量的材料称为旋磁性的，假定偏置的方向是相反的，则Ho和Ms将改变符 号，所以旋转方向也会相反。
[0054] 偏置磁场由偏置电磁铁产生，该偏置电磁铁中加载偏置电流，偏置电流为调制信 号。
[0055] 通过外加磁场按