发明内容
[0005] 本发明基于蜂窝状光子晶体Dirac锥的分离及赝自旋模式的反转，设计了一种光子晶体光波导结构，以克服传统波导光子局域性弱、传输效率低等问题。
[0006] 本发明所述的实现光子晶体拓扑边界态光子自旋引导机制的光波导，其特征在于，由两个部分组成，上半部分由多层具有拓扑平庸性质的晶胞的排列而成，下半部分由多层具有拓扑非平庸性质的晶胞排列而成；
[0007] 所述拓扑平庸性质的晶胞、拓扑非平庸性质的晶胞均由截面为椭圆形的介质柱呈C6对称的方式排列构成，晶胞的二维截面为正六边形，所述介质柱截面的短轴与晶胞边界平行，相邻两个晶胞共用一条边；所述相邻两个晶胞中心的距离为晶格常数a，晶胞中心到介质柱中心的距离R，拓扑平庸性质的晶胞满足a/R＞3，所述拓扑非平庸性质的晶胞满足a/R＜3。
[0008] 上述方案中，所述介质柱采用的材料是普通硅材料。
[0009] 上述方案中，所述椭圆形介质柱的横截面的长轴为m＝0.15a，短轴为n＝0.12a，晶格常数a＝1μm。
[0010] 上述方案中，所述上半部分由3层拓扑平庸性质的晶胞排列构成，下半部分由3层拓扑非平庸性质的晶胞构建排列构成。
[0011] 上述方案中，所述光波导中激励源为携带正轨道角动量的点源，激励源放置在平庸与非平庸光子晶体的边界上。
[0012] 与传统光波导相比，本发明具有以下有益效果：
[0013] 通过对标准蜂窝状光子晶体(a/R＝3)的沿着晶胞中心向内压缩，能够得到具有拓扑平庸(a/R＞3)性质的光子晶体结构，此时Dirac分离，可以打开一个平庸光子带隙。通过对标准蜂窝状光子晶体(a/R＝3)的沿着晶胞中心向外拉伸，能够得到具有拓扑非平庸(a/R＜3)性质的光子晶体结构，此时Dirac分离，可以打开一个非平庸光子带隙。携带轨道角动量的电源放置在平庸拓扑区域与非平庸区域的边界上，用于激励具有自旋传播性质的电磁波。本发明提供的光子晶体光波导结构由椭圆介质柱构建，由于椭圆介质柱的排列方式，在平庸与非平庸晶体的交界处形成能够引导光子自旋传播的路径，光流沿着椭圆介质柱长轴传输。该结构减少了散射到光子晶体内部的光，提高了波导的传输效率，由于该路径紧靠边界，大大加强了波导结构的光子局域性，抑制背向散射，实现鲁棒性好的单向拓扑传输。
[0014] 基于拓扑边界态设计的光波导，传输效率能达到83％，光传输的鲁棒性好，即使在拐角处也可以实现零反射和高效率传输。因此，基于椭圆介质柱构建的拓扑光子晶体光波导结构是一种非常有应用价值的选择。
[0015] 本发明提供的光子晶体光波导结构可以通过调整晶格参数，实现调整工作带宽以及工作频率的目的，在工程应用中可以根据实际需求，设计适合不同频率及带宽传输的结构。
