一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导

本发明属于拓扑光子晶体，具体涉及一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导。

背景技术：

1、近年来，拓扑光子晶体由于其独特的物理性质受到了广泛关注，与凝聚态物理中的拓扑绝缘体类似，利用周期性结构的光子晶体可以实现光学拓扑绝缘体。

2、谷拓扑光子学是拓扑光子学研究中重要的组成部分，不需要打破时间反演对称性和构造赝自旋，而是打破空间反演对称性，让狄拉克点位于c3对称晶格不等价的k与k′谷上来实现谷霍尔效应，可以在能带结构上看到有两个能量极值位于k与k′点处形成一个“谷”的形状。两个谷陈数相反的拓扑谷光子晶体的界面上具有拓扑谷边界态，其对于局部结构缺陷、大弯折角等扰动具有很强的鲁棒性。因此拓扑谷光子晶体具有良好的应用前景。

3、目前大多数学者将拓扑谷光子晶体的鲁棒性等特殊的物理性质作为研究重点，然而由于拓扑谷光子晶体所构成的拓扑波导与传统的传输线系统如共面波导、微带线等存在着不匹配的问题，这使得拓扑谷光子晶体难以投入实际使用。因此，设计具有与传统传输线系统匹配结构的拓扑谷光子晶体波导具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，包括：

3、层叠设置的第一金属板、介质基板和第二金属板；

4、拓扑谷光子晶体波导结构，包括沿第一方向阵列排布的多个第一拓扑单元行和第二拓扑单元行，第一拓扑单元行位于第一区域，第二拓扑单元行位于第二区域，第一区域和第二区域相邻，第一拓扑单元行包括多个沿第二方向阵列排布的第一拓扑单元，第二拓扑单元行包括多个沿第二方向阵列排布的第二拓扑单元，第一区域与第二区域交界处用于传播拓扑边缘态的电磁波；

5、接地共面波导匹配结构，包括接地共面波导、金属通孔和锥形过渡缝隙；其中，沿第二方向，接地共面波导匹配结构包括位于介质基板两侧的第一支部和第二支部，第一支部和第二支部均包括多个沿垂直于介质基板厚度方向贯穿介质基板的导电孔，第一支部的多个导电孔沿拓扑谷光子晶体波导结构指向第一支部的方向呈收敛型，第二支部的多个导电孔沿拓扑谷光子晶体波导结构指向第二支部的方向呈收敛型；金属通孔沿垂直于介质基板厚度方向贯穿第二金属板，且金属通孔的正投影与导电孔的正投影重叠；锥形过渡缝隙沿垂直于介质基板厚度方向贯穿第二金属板，且锥形过渡缝隙的形状与金属通孔的排布形状相同；其中，第二方向与第一方向相交。

6、本发明的有益效果：

7、本发明提供的一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，包括拓扑谷光子晶体波导结构和接地共面波导匹配结构，其中，拓扑谷光子晶体波导结构位于拓扑谷光子晶体波导的中间部分，接地共面波导匹配结构位于拓扑谷光子晶体波导的两侧，拓扑谷光子晶体波导结构包括由多个第一拓扑单元组成的第一拓扑单元行和由多个第二拓扑单元组成的第二拓扑单元行，第一拓扑单元和第二拓扑单元交界处用于传播拓扑边缘态的磁波，具有较强的鲁棒性，在结构缺陷微扰或在大弯折角传输时具有较低损耗，并且在较大程度上避免了由加工缺陷带给器件性能的影响；此外，接地共面波导匹配结构的设置，实现了接地共面波导tem模到拓扑谷边界态的高效模式转换，使得拓扑谷光子晶体相关器件投入实际成为可能；此外，本发明使用接地共面波导作为馈线，并且拓扑谷光子晶体波导位于平行的第一金属板和第二金属板之间，具有较好的辐射场隔离，可以有效减小外部对线路的电磁辐射和耦合干扰。

8、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿第二方向，所述第一拓扑单元行包括一行第一金属结构和一行第二金属结构，所述第一金属结构等间距排布，所述第二金属结构等间距排布，所述第一金属结构与所述第二金属结构交错排布。

3.根据权利要求2所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿第二方向，所述第二拓扑单元行包括一行第一金属结构和一行第二金属结构，所述第一金属结构等间距排布，所述第二金属结构等间距排布，所述第一金属结构与所述第二金属结构交错排布；

4.根据权利要求3所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，所述第一拓扑单元包括所述第一拓扑单元行中相邻的一个第一金属结构和一个第二金属结构，所述第二拓扑单元包括所述第二拓扑单元中相邻的一个第一金属结构和一个第二金属结构；沿第一方向，所述第一拓扑单元与所述第二拓扑单元交错排布。

5.根据权利要求4所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，相邻所述第一拓扑单元行和所述第二拓扑单元行中，由所述第一拓扑单元行中一个第一金属结构、两个第二金属结构和所述第二拓扑单元行中一个第二金属结构、两个第一金属结构组成环形单元。

6.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿第二方向，所述第一支部与所述第二支部相对设置。

7.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿第二方向，所述第一支部与所述第二支部交错设置。

8.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿垂直于所述介质基板厚度方向，所述第一金属结构和所述第二金属结构的正投影为环形结构，沿第一方向，所述第一金属结构和所述第二金属结构的正投影为工字型结构；

9.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，沿垂直于所述介质基板厚度方向，所述金属通孔的直径的范围包括1.6～3.6mm；沿第一方向，多个所述金属通孔排布形成的形状的尺寸的范围包括57.5～59.5mm。

10.根据权利要求1所述的具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，其特征在于，多个所述金属通孔排布形成的形状，至少部分所述金属通孔沿第二方向排布，至少部分所述金属通孔沿第一方向倾斜排布，其中，沿第二方向排布的所述金属通孔与沿第一方向倾斜排布的金属通孔形成的夹角的范围包括101.8～121.8°。

技术总结
本发明公开了一种具有接地共面波导匹配结构的拓扑谷光子晶体波导，包括：第一金属板、介质基板和第二金属板；拓扑谷光子晶体波导结构，包括第一拓扑单元行和第二拓扑单元行，第一拓扑单元和第二拓扑单元交界处用于传播拓扑边缘态的电磁波；接地共面波导匹配结构，包括接地共面波导、金属通孔和锥形过渡缝隙；接地共面波导匹配结构包括第一支部和第二支部，第一支部和第二支部均包括多个导电孔；金属通孔贯穿第二金属板；锥形过渡缝隙贯穿第二金属板，且锥形过渡缝隙的形状与金属通孔的排布形状相同。本发明具有较强的鲁棒性，在结构缺陷微扰或在大弯折角传输时具有较低损耗，并且在较大程度上避免了由加工缺陷带给器件性能的影响。

技术研发人员：王青,郭高廷,葛志伟,雷小朋,侯建强,雷振亚
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18