準晶單胞中可磁場調控的單向傳輸機制研究

《準晶單胞中可磁場調控的單向傳輸機制研究》是依託深圳大學，由陶科玉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：準晶單胞中可磁場調控的單向傳輸機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陶科玉
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

光的單向傳輸控制對於高度集成化的納米光學線路以及許多器件有重要的意義。最近研究表明，迴旋電磁材料製成的光子晶體具有時間反演對稱破缺特性，其單向模高效、穩定，且傳輸方向可由外磁場方便地調控，擁有廣闊前景。但對於光子晶體以外的結構，類似研究卻鮮見報導。申請人在前期研究中發現，一定條件下的光子準晶體系中存在有上述特性的單向模式。本項目擬通過能帶工程和仿真模擬等手段，繼續系統深入地研究準晶單胞體系中單向模的存在條件、性質以及穩定性；在此基礎上，總結出一套研究磁場作用下、準晶單胞體系中實現單向傳輸的途徑和控制方法；基於準晶缺陷模式豐富、模場可局域調整的特點，進一步獲得多通道、寬頻、品質良好的單向波導，並利用其不同於光子晶體的新特性，設計性能優越的光學器件。除了能在納米光學和器件設計中廣泛套用，本項目的研究成果還可能為探索基於光子體系和電子體系類比的基本物理問題提供線索和支持。

結題摘要

實現光的單向傳輸控制，對於高度集成化的納米光學線路以及許多器件有重要的意義。由於對背散射的抑制，使得器件對缺陷的敏感度降低，大大提高了大規模集成光路和集成器件本身的工作穩定性，並且能有效減輕了新增器件的插入損耗，減少了集成光路對隔離器件的依賴。本項目研究了準晶單胞及周期體系中可磁場調控的單向傳輸機制，以及在該單向傳輸機制下波導與共振腔器件間相互作用機制。研究表明由於迴旋電磁材料在靜磁場作用下，介電常數或者磁導率張量出現帶虛部的非對角元，因此打破了時間反演對稱性，一定條件下在其周期結構或者非周期結構的界面上，能產生高效、穩定的單向表面模或界面模，並且傳輸方向可通過外磁場方便地進行調控。我們在理論上把單向表面模的適用情形推廣到任意光滑界面。並且發現由這種迴旋電磁材料以準晶及光子晶體結構形成的單向波導與兩個諧振腔連線時，兩個諧振腔間的相互作用將不依賴於兩腔的相對相位，而這一點與用傳統波導連線情形下是完全不同的，同時此相互作用可以由外磁場進行調控。此研究為晶片上兩個遠程腔之間進行有效耦合提供了一種方法。另外，由於這種單向傳輸改變了腔與波導的作用機制，我們提出了一種由兩個單向波導和一個諧振腔耦合進行濾波的方案。此種濾波器結構設計簡單，並且可以針對同一頻率對不同上、下載連線埠進行重置，以實現在任意連線埠的上、下載濾波。我們證明了該濾波方案對常見的如障礙物、彎曲形變及格點無序（尺寸及位置）等波導缺陷不敏感，因此可以擴展到多通道、可重構的波分復用方案，其特徵符合下一代智慧型光網的要求。