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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的重要選擇，為了實現高速、節能的芯片內和芯片間通信，低損耗高度集成的太赫茲功分器是必不可少的。最近，吉林大學電子科學與工程學院的徐速教授與浙江大學的李元貞博士聯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計方法，從而實現了靈活設計比例的功分器（圖1）。該研究題為“Integrated terahertz topological valley-locked power divider with arbitrary power ratios”，已發表在10月1日的《Optics Letters》。該文的******作者為吉林大學碩士研究生王文雅
具體來說，設計了三層結構的光子晶體，具有兩個不同的谷陳數域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，其中相等比例對應半金屬層得的層數為：x1=4,x2=4,x3=4，不等比例對應半金屬層得的層數為：x1=4,x2=6,x3=4。證明了可以通過調節半金屬層的寬度來調節功分器的比例，這種方法能夠靈活設計，實現緊湊集成，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
§ 器件結構以及材料可以實現緊湊集成，工藝成熟；
§ 所提出的器件的功率分配可以根據實際所需要的分配比例來設計，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前無線系統的容量限制。
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）和圖中黃色區域統稱為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；(b)從上到下三個域的能帶圖，分別為：域A，域BX，域C，灰色區域表示光線以上的輻射區域，插圖表示******布里淵區。(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(a)中的晶格，黑色箭頭表示坡印廷矢量。
圖2 (a)A-|BX|-C的異質結構，其中x代表Bx的層數；(b)、(d)和(f)分別展示了不同x值下拓撲邊界態的分布（藍色區域代表光線以上輻射區域）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值下異質結構的阻抗，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構；(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異質結構組成的功分器；(b)散射參數的傳輸譜，其中x1=4,x2=4,x3=4；(c)圖b中波導在109 GHz處的面外磁場分布；(d)散射參數的傳輸譜，其中x1=4,x2=6,x3=4；灰色區域表示帶隙，右側的坐標表示端口2與端口3的功分比；(e)圖d中波導在109 GHz處的面外磁場分布。
圖4 (a)實驗所用設備；(b)實驗中使用的全硅芯片，其中A-|Bx|-C異質結構為：x1=4,x2=4,x3=4；(c)實驗中使用的全硅芯片，其中A-|Bx|-C異質結構為：x1=4,x2=6,x3=4；(d)在x1=4,x2=4,x3=4處的異質結構的散射傳輸譜圖；(e)在x1=4,x2=6,x3=4處的異質結構的散射傳輸譜圖。
全文總結
02
本文提出了一種利用拓撲鎖谷波導的靈活比例的功分器的通用設計方法，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也可以改變功分比。兩種方法的結合可以進一步擴大應用范圍。拓撲鎖谷模式能夠實現無間隙色散和各種模式寬度，從而擴展設備可用性并促進它們之間的通信。與傳統的功分器相比，片上功分器可以實現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備的有力競爭者。
