本技术提供了一种基于光子晶体合成赝磁场的光子狄拉克波导及应用;包括光子狄拉克波导Ⅰ、光子狄拉克波导Ⅱ和光子狄拉克波导Ⅲ;所述光子狄拉克波导Ⅰ由梯度光子晶体A<subgt;1</subgt;、光子晶体O和梯度光子晶体A<subgt;2</subgt;构成;所述光子狄拉克波导Ⅱ由梯度光子晶体A<subgt;3</subgt;、光子晶体O和梯度光子晶体A<subgt;4</subgt;构成;所述光子狄拉克波导Ⅲ由梯度光子晶体A<subgt;5</subgt;、光子晶体O和梯度光子晶体A<subgt;6</subgt;构成。本发明利用角度线性梯度变化的光子晶体设计光子狄拉克波导。此波导基于大面积的体态传输,具有容易制备和散射损耗低的优异特性。并且通过线性梯度的改变光子晶体内嵌合体的旋转角度,产生多个传输通道,提高了信息传输容量,可以满足光子器件中高容量信息输运的需求。
背景技术
对光通信的研究一直是现代物理和工程应用的核心内容。与电子相比,光传输信息的速率和信息量更大,光传输的损耗更低和抗干扰性更强,这些优异的性质使得光子在信息处理、通讯和计算等领域有着广泛的应用。
波导作为一种用于引导电磁波的结构,可有效地限制和引导电磁波在特定路径上传播,还可以减少电磁波在传输过程中的损耗,并且允许电磁波在特定的方向上被操控。但传统的波导受限于材料和器件本身的影响,在尺寸、制作工艺、灵活性和可调节性等方面都面临着一些问题。作为一种具有周期性结构的超构材料,光子晶体具有低损耗、可操控自由度高和易于实现等优点。这使得由光子晶体构建的波导在提高信息传输性能上更有优势。
作为一种人工合成的规范场——赝磁场能够像真实磁场一样控制电子。与真实磁场不同,赝磁场不会破坏系统的时间反演对称性。这提供了一种崭新的控制光子行为的机制,从而在无外加磁场的系统中实现朗道能级量子化和类量子霍尔效应。与电子不同,光子作为一种中性粒子,对外加的磁场显示惰性,很多电子在磁场中具有的新奇物理现象无法在经典波系统中实现。如何高效的控制光子是当今光学研究领域的重点。因此,在人工周期结构中构建赝磁场引起了人们极大的研究兴趣。2017年德国埃尔朗根-纽伦堡大学Christian Brendel教授在纳米尺寸的声子晶体中施加单个方向的形变实现了赝磁场(Natl.Acad.Sci.114 3390(2017))。武汉大学仇春印教授研究团队在实验上观测到了具有赝磁场声子晶体中的朗道能级量子化现象和类量子霍尔边界态(Nat.Phys.15 352(2019))。对人工合成规范场的研究已经越来越深入。最近,有研究人员利用非均匀的人工表面等离子超表面来构造平面内赝磁场。这种强赝磁场导致手性零阶朗道能级出现研究结果表明基于面内赝磁场设计的光子狄拉克波导能够单向引导电磁模式,实现高容量能量传输。设计一种新型大面积体态传输光子狄拉克波导,对于未来光子集成器件的开发和应用具有重要的推动作用。
实现思路