[发明专利]一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积T-型波导分束器

说明书

本发明提出了一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积T‑型波导分束器，包括光源、正磁场区域、负向磁场区域和无磁场区域，无磁场区域为十字形区域，正向磁场区域位于无磁场区域左下部分与右上部分，负向磁场区域位于无磁场区域的左上部分与右下部分，光源位于无磁场区域左侧。本发明成功地设计了一款单向、大面积、高效率、大带宽的微纳波导分束器，在集成光路中实现高效转换。与现有基于拓扑光子晶体实现的微纳光波导器件相比，它不受拓扑界面宽度影响，具有大面积、大容量、可协调等信息传输的优点，可满足不断高度集成化光子芯片的要求。

技术领域

本发明涉及拓扑光子学，量子通信及集成光子光路领域，具体是一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积T-型波导分束器的设计。

背景技术

基于拓扑旋磁光子晶体波导光子器件在拓扑光子学，量子通信及集成光子光路领域具有不可估量的应用前景。目前，随着6G时代的到来，对光电通信系统的要求越来越高，尤其是全光网络通信。集成光子光路不断向大容量、高效率、微型化的方向发展。因此，低成本、高效率、多功能的微型光器件被不断研究和开发。

1988年，美国的University of California的Haldane教授首次提出在非朗道能级的动量空间存在一种奇异的量子霍尔态(Model for a Quantum Hall Eff'ect withoutLandau Levels:Condensed-Matter Realization of theParity Anomaly)。

2008年，美国MIT的Zheng Wang小组设计一种基于旋磁材料构建的单向边界波导传输模式(Reflection-Free One-Way Edge Modes in a Gyromagnetic PhotonicCrystal)，并于2009年在实验上首次观察到抗背向散射的单向边界传输波导模式(Observation of unidirectional backscattering-immune topologicalelectromagnetic states)。此后，基于磁光光子晶体构建的波导光器件被不断地研发。

2011年，国内南京大学蒲殷等人在实验室首次观察到蜂窝状磁光光子晶体的自导性单向传输特性(Experimental Realization of Self-Guiding UnidirectionalElectromagnetic Edge States)。2021年，国内武汉大学王幕迪等人在实验室构建并观察到一种基于拓扑磁光光子晶体单向大面积波导态(Topological One-Way Large-AreaWaveguide States in Magnetic Photonic Crystals)。这种单向大面积波导态不仅具有鲁棒性、缺陷免疫，抗背向散射等突出传播特性，还具备不受拓扑界面宽度影响，可以实现大面积的波导传输。

近些年，各种微纳波导光子器件被研发出来，比如光隔离器、光耦合器、波导分束器、光存储器等。特别是基于传统方法研发波导分束器，其传输容量及界面宽度都受到很大的限制，难以满足日益增长的通信需求。

发明内容

针对传统波导分束器传输容量小、传输宽度窄的技术问题，本发明提出一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积T-型波导分束器，实现大面积、大容量、大带宽的波导传输和分束，在集成光路中实现高效转换。与现有基于拓扑光子晶体实现的微纳光波导器件相比，它不受拓扑界面宽度影响，且可协调等优点，可满足不断高度集成化光子芯片的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积T-型波导分束器，其特征在于：包括光源、正向磁场区域、负向磁场区域和无磁场区域，无磁场区域为十字形区域，正向磁场区域关于无磁场区域中心对称，正向磁场区域位于无磁场区域左下部分与右上部分，关于无磁场区域中心对称，负向磁场区域位于无磁场区域的左上部分与右下部分，光源位于无磁场区域内。