一种稳定的拓扑Fano共振器件

本发明属于光学技术，具体涉及一种稳定的拓扑fano共振器件。

背景技术：

1、fano共振由一个线宽较宽的共振明模与一个线宽较窄的共振暗模干涉作用产生。干涉产生的fano共振线谱表现为不对称线型，具有线宽窄、高的光谱对比度、场增强、以及高q值得特点。在光学学科，fano共振已经在多个领域获得应用，多种新型的光学和光电子学器件被提出，如激光器、光学调制开关、光学传感，以及表面增强拉曼散射等。

2、尖锐不对称的fano共振的谱线对几何参数和介质环境变化非常敏感，在实际工作中，制造工艺和杂质引入的缺陷对fano共振器件影响巨大。

技术实现思路

1、本发明在于解决上述存在技术缺点，提供了一种稳定的拓扑fano共振器件。该器件将拓扑光子晶体与fano共振结合，设计的拓扑直波导中的拓扑宽带明模和拓扑缺陷腔里面的拓扑窄带暗膜干涉形成拓扑fano共振，让器件对缺陷具有鲁棒性，提高了器件的稳定性。

2、本发明通过下述技术方案来实现：一种稳定的拓扑fano共振器件，其结构由二维拓扑谷光子晶体波导和拓扑缺陷腔组成。

3、所述二维拓扑光子晶体波导基于谷霍尔量子效应，谷光子晶体柱在空气背景下呈蜂窝状晶格方式周期性排列，原胞由两个不同半径的圆柱组成。通过调节光子谷光子晶体原胞中两个光子晶体柱的半径大小，破坏六方晶格的空间对称性，可以打开能带结构中的狄拉克点，实现拓扑相变。在两种谷光子晶体的原胞中，相同位置处的两个介质柱的半径差δr3＝r2-r1>0和δr4＝r1-r2<0，使得两种谷光子晶体的拓扑指数符号互为相反数，两种谷光子晶体拼接在一起，构成拓扑边界传输条件。

4、所述拓扑缺陷腔由三种半径不同的圆介质柱组成，位于边界上圆介质柱半径的r1最小，边界外部的圆介质柱半径r2最大，边界内部的圆介质柱半径r2大小介于r1和r2之间,拓扑缺陷腔边界外部圆介质半径r2与边界上圆介质半径r1的差δr1＝r2-r1>0。边界上圆介质半径r1边界内部圆介质半径r3的差δr2＝r1-r3<0，两种拓扑指数符号相反的谷光子晶体拼接在一起，构成拓扑边界传输条件。

5、拓扑谷光子晶体中允许传播光的带宽与两个δr差值大小有关，两个δr差值越大，允许透过光带宽越大，由于δr1-δr2<δr3-δr4，相对比，拓扑缺陷腔里存在的是窄带暗膜，拓扑直波导拓扑存在的是宽带明模。

6、在拓扑光子晶体波导和拓扑边界腔处连接处位置，将圆介质柱半径r2变为r4，形成一个矩形共振腔，使拓扑直波导部分存在宽带明模的共振，波导里具有拓扑性质里面的共振宽带明模与拓扑缺陷腔里具有拓扑性质里面的共振窄带暗膜在连接处发生干涉作用，形成拓扑fano共振，该fano对缺陷具有鲁棒性。

7、与现有技术相比，本发明的优点在于：

8、1)将拓扑光子晶体与fano共振结合，使器件对缺陷具有鲁棒性，提高了器件工作的稳定性。

9、2)引入拓扑光子晶体后干涉产生的fano共振线谱同样表现为不对称线型，具有线宽窄、高的光谱对比度、以及高q值得特点。

技术特征：

1.一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：其结构由二维拓扑谷光子晶体直波导和拓扑缺陷腔组成。拓扑直波导中的拓扑宽带明模和拓扑缺陷腔里面的拓扑窄带暗膜发生干涉实现拓扑fano共振，该fano共振对缺陷具有鲁棒性。

2.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：所述谷光子晶体由截面为圆形的介质柱呈蜂窝状方式周期排列构成。

3.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：所述拓扑缺陷腔由三种半径不同的圆介质柱组成，位于边界上圆介质柱半径的r1最小，边界外部的圆介质柱半径r2最大，边界内部的圆介质柱半径r3介于r1和r2之间。

4.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：所述拓扑缺陷腔由两种拓扑指数符号为相反数的谷光子晶体组成，边界外部圆介质半径r2与边界上圆介质半径r1的差δr1＝r2-r1>0，边界上圆介质半径r1边界内部圆介质半径r3的差δr2＝r1-r3<0，拓扑缺陷腔里提供拓扑共振窄带暗膜。

5.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：所述拓扑缺陷腔由两种拓扑指数符号为相反数的谷光子晶体组成，在两种谷光子晶体的原胞中，相同位置处的两个介质柱的半径差δr1＝r2-r1>0和δr3＝r1-r2<0，同时在拓扑直波导中心上下四个大圆介质柱半径大小由r2变为r4形成一个矩形腔，拓扑直波导里提供拓扑共振宽带明膜。

6.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：拓扑谷光子晶体中允许传播光的带宽与两个δr差值大小有关，两个δr差值越大，允许透过光带宽越大，拓扑缺陷腔的δr1-δr2<拓扑直波导的δr1-δr3。

7.根据权利要求1所述的一种稳定的拓扑fano共振器件，其特征在于：圆形谷光子晶体柱为介质材料，介质柱外的背景为不同于介质柱的其他材料。

技术总结本发明公开了一种稳定的拓扑Fano共振器件，结构由拓扑缺陷腔和二维拓扑谷光子晶体波导组成。上下两部分不同拓扑性质的圆形谷光子晶体介质柱在空气背景下呈蜂窝状晶格方式周期性排列而形成拓扑波导，在波导处上方改变相应位置圆柱半径的大小形成拓扑缺陷腔，特定设计拓扑波导里的拓扑宽带明模和拓扑缺陷腔里面的拓扑窄带暗膜发生干涉形成拓扑Fano共振，形成的Fano共振对缺陷具有鲁棒性。技术研发人员：郭小伟,陈跃冲,鲁泽龙,胡锦源,周轶凡,李欣欣受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）技术研发日：技术公布日：2024/6/11