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太赫茲頻譜（0.1-10THz）資源豐富且大部分尚未被分配利用，成為了下一代通信技術(shù)的重要選擇，為了實現(xiàn)高速、節(jié)能的芯片內(nèi)和芯片間通信，低損耗高度集成的太赫茲功分器是必不可少的。最近，吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的徐速教授與浙江大學(xué)的李元貞博士聯(lián)合報道了一種基于拓撲谷鎖定模式的太赫茲片上功分器的通用設(shè)計方法，從而實現(xiàn)了靈活設(shè)計比例的功分器（圖1）。該研究題為“Integrated terahertz topological valley-locked power divider with arbitrary power ratios”，已發(fā)表在10月1日的《Optics Letters》。該文的******作者為吉林大學(xué)碩士研究生王文雅
具體來說，設(shè)計了三層結(jié)構(gòu)的光子晶體，具有兩個不同的谷陳數(shù)域A和C和一個中間的半金屬層BX，利用Jackiw-Rebbi模型，通過仿真和實驗驗證了相等(1:1)和不等(4:9)的功率比，其中相等比例對應(yīng)半金屬層得的層數(shù)為：x1=4,x2=4,x3=4，不等比例對應(yīng)半金屬層得的層數(shù)為：x1=4,x2=6,x3=4。證明了可以通過調(diào)節(jié)半金屬層的寬度來調(diào)節(jié)功分器的比例，這種方法能夠靈活設(shè)計，實現(xiàn)緊湊集成，能夠與其它的器件進行片上互連。該文所用到的全硅芯片來自于安徽中鼎玉鉉新材料科技有限公司
原文鏈接：
https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-49-19-5579&id=560949
本文亮點
01
§ 器件結(jié)構(gòu)以及材料可以實現(xiàn)緊湊集成，工藝成熟；
§ 所提出的器件的功率分配可以根據(jù)實際所需要的分配比例來設(shè)計，靈活度較高；
§ 能夠在太赫茲頻段進行傳輸，能夠緩解緊張的頻譜資源和當(dāng)前無線系統(tǒng)的容量限制。
圖1 (a)片上功分器由三個域組成的示意圖，CK(K’)表示圖中的Berry曲率。從輸入端來看，從上到下依次為：域A（l1<l2）、域BX（l1=l2）和圖中黃色區(qū)域統(tǒng)稱為BX；域C（l1>l2），紅線表示單位晶胞，平行四邊形單位晶胞和六邊形晶胞等價，是倒空間中的最小布里淵區(qū)；(b)從上到下三個域的能帶圖，分別為：域A，域BX，域C，灰色區(qū)域表示光線以上的輻射區(qū)域，插圖表示******布里淵區(qū)。(c)域A和域C在106GHz和115GHz K點附近面外磁場相位分布圖，六邊形對應(yīng)(a)中的晶格，黑色箭頭表示坡印廷矢量。
圖2 (a)A-|BX|-C的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中x代表Bx的層數(shù)；(b)、(d)和(f)分別展示了不同x值下拓撲邊界態(tài)的分布（藍色區(qū)域代表光線以上輻射區(qū)域）以及拓撲光子晶體的的面外磁場分布；(c)、(e)和(g)分別展示了不同x值下異質(zhì)結(jié)構(gòu)的阻抗，實線表示實部，虛線表示虛部；(h)展示了具有兩個分路的功分器結(jié)構(gòu)；(i)展示了不同x值在端口1和端口2中的功分比。
圖3 (a)由A-|Bx|-C異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的功分器；(b)散射參數(shù)的傳輸譜，其中x1=4,x2=4,x3=4；(c)圖b中波導(dǎo)在109 GHz處的面外磁場分布；(d)散射參數(shù)的傳輸譜，其中x1=4,x2=6,x3=4；灰色區(qū)域表示帶隙，右側(cè)的坐標表示端口2與端口3的功分比；(e)圖d中波導(dǎo)在109 GHz處的面外磁場分布。
圖4 (a)實驗所用設(shè)備；(b)實驗中使用的全硅芯片，其中A-|Bx|-C異質(zhì)結(jié)構(gòu)為：x1=4,x2=4,x3=4；(c)實驗中使用的全硅芯片，其中A-|Bx|-C異質(zhì)結(jié)構(gòu)為：x1=4,x2=6,x3=4；(d)在x1=4,x2=4,x3=4處的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的散射傳輸譜圖；(e)在x1=4,x2=6,x3=4處的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的散射傳輸譜圖。
全文總結(jié)
02
本文提出了一種利用拓撲鎖谷波導(dǎo)的靈活比例的功分器的通用設(shè)計方法，并在太赫茲波段進行了實驗。利用拓撲鎖谷模式改變域BX的寬度，可以生成不同比例的功分器。除了調(diào)整半金屬層的寬度外，改變連接的位置或引入不對稱邊界態(tài)也可以改變功分比。兩種方法的結(jié)合可以進一步擴大應(yīng)用范圍。拓撲鎖谷模式能夠?qū)崿F(xiàn)無間隙色散和各種模式寬度，從而擴展設(shè)備可用性并促進它們之間的通信。與傳統(tǒng)的功分器相比，片上功分器可以實現(xiàn)更小的占地面積和更寬的帶寬。此外，這種可以更好地與天線等外部組件連接，使其成為未來通信設(shè)備的有力競爭者。
