光子晶体t型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及双路反相光学时钟信号发生器，尤其涉及一种光子晶体Τ型波导直角 输出双路反相光学时钟信号发生器。
【背景技术】
[0002] 传统的占空比可调及互为逻辑非的双路光学时钟信号发生器应用的是几何光学 原理，因此体积都比较大，无法用于光路集成中。磁光材料与新型光子晶体的结合提出了许 多光子器件，其最主要的性质是电磁波在偏置磁场下表现的旋磁非互易性，使磁性光子晶 体不仅具有旋光特性，还有着更大的传输带宽和更高的传播效率。以光子晶体为基础可以 制作微小的器件，包括双路反相光学时钟信号发生器。双路反相光学时钟信号发生器的光 子晶体波导光路一般在光子晶体中引入线缺陷来构建。光学时钟是光通信、光学逻辑器件、 光学信息处理系统、光学计算的重要部件，具有广泛应用价值，紧凑型光学时钟发生器是集 成广利芯片的重要部件。
【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型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器。
[0004] 本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
[0005] 本发明光子晶体Τ型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器，包括一个具有 ΤΕ禁带的光子晶体Τ型波导;所述发生器还包括一个输入端1、两个输出端2和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,该发生器还包括一个提供偏置磁场的电 磁铁7和一个矩形波电流源9;所述光子晶体Τ型波导的左端为输入端1;所述输出端2和输出 端3分别位于光子晶体Τ型波导的右端和上端;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光，再从端口 2和端口 3输出两路相位相反的光学时钟信号。
[0006] 所述发生器进一步包括导线8,所述电磁铁7的一端通过导线8与矩形波电流源9的 一端相连接;所述电磁铁7提供的偏置磁场的方向随时间做周期变化。
[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介质材料和低折射率材料组成，所述高折射率介质材料 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4分别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] 所述端口 2与端口 3成直角布局。
[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光双路反相光学时钟信号发生器的功能，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 现不同波长双路反相时钟信号的产生；
[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是本发明的光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的一种 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是本发明的光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器另一种 结构示意图。
[0023] 图中：电磁铁线圈7导线8矩形波电流源9
[0024] 图3是本发明光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的结构参 数分布图。
[0025] 图4是本发明光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的光学时 钟信号波形图。
[0026] 图5是实施例1中光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器禁带频 率的逻辑对比度图.
[0027] 图6是实施例2中光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器禁带频 率的逻辑对比度图。
[0028] 图7是实施例3中光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器禁带频 率的逻辑对比度图。
[0029] 图8是本发明光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的光场分 布示意图。
【具体实施方式】
[0030] 如图1所示，本发明光子晶体T型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器的结 构示意图（删除了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，该发生 器还包括一个输入端1、两个输出端2和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输出光波，端口 3隔离光波;端口 2 和端口 3分别位于光子晶体T型波导的右端和上端，该端口 2和端口 3成直角布局;光子晶体 波导由端口 1输入TE光，再从端口 2、3输出两路相位相反的光学时钟信号。背景娃介质柱4， 其形状为方形，光轴方向垂直纸面向外，等腰直角三角形缺陷介质柱5形状为，T型波导交叉 拐角处的背景介质柱4删除一个角后所形成，为三角柱型，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，光轴方向与背景介质柱相同，缺陷介质柱6的形状为 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。缺陷介质柱6为铁氧体方柱，） 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型波导直角输出体双路反相光学时钟信号发 生器的结构示意图（含有偏置电路和偏置线圈），发生器包括一个提供偏置磁场的电磁铁7 (电磁铁线圈）和一个矩形波电流源9,该发生器还包括导线(8)，电磁铁7的一端通过导线8 与矩形波电流源9的一端相连接;电磁铁7的另一端与矩形波电流源9的另一端相连接，该电 磁铁7提供的偏置磁场的方向随时间做周期变化;本发明发生器的结构示意图采用笛卡尔 直角坐标系：χ轴正方向为水平向右;y轴正方向为在纸面内竖直向上；ζ轴正方向为垂直于 纸面向外。
[0031]如图3所示，本器件的相关参数为：
[0032] di = a(晶格常数）
[0033] d2 = 0.3a(方形娃柱边长）
[0034] d3 = 0.2817a(方形缺陷柱边长）
[0035] d4=0.3a(等腰直角三角形缺陷柱腰长）
[0036] d5=l .2997a(等腰直角三角形缺陷柱斜边到方形缺陷柱中心的距离）
[0037] d6=l.577a(波导宽长）
[0038]本发明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，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。
[0039] 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导波波导。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型波导中心交叉处引入一个铁氧体方柱 (方形缺陷介质柱6)，其边长为0.28a，4个等腰直角三角形缺陷介质柱5斜边面分别到铁氧 体柱轴线(方形缺陷介质柱6)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。
[0040] 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 率下做运动。
[0041] 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 型波导直角输出双路反相光学时钟信号发生器。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：
[0043]磁导率张量的矩阵元中的有关参量由以下式子给出：
[0049] 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。
[0050] 对于晶格常数和工作波长的选取，可以采用以下方式确定。通过公式
[0052]其中以本发明中正方晶格硅结构的的归一化禁带频率范围 [0053] fnQrm=0.3150~0.4548 (8)计算出相应的禁带波长范围为：
[0054] λ = 2· 1987a ~3.1746a (9)
[0055] 由此可见在不考虑色散或材质色散变化很小的情况