1.一种基于拓扑谷边界态的高效电磁波导,其特征在于,位于xoy平面,关于y轴对称,包括上金属薄膜层、下金属层和介质基板,上层金属薄膜层位于介质基板的上表面;
上金属薄膜层沿x方向包括依次连接的第一渐变过渡段、基片集成拓扑波导段和第二渐变过渡段;下金属层满覆介质基板的下表面;
第一渐变过渡段与第二渐变过渡段的结构相同,关于x轴对称;第一渐变过渡段包括由左至右依次连接的微带线枝节、锥形渐变微带线和三角形过渡段微带线;微带线枝节的左端延伸至介质基板的左边沿,锥形渐变微带线由微带线枝节的右端延伸至基片集成拓扑波导段的左边沿;三角形过渡段微带线由基片集成拓扑波导段的左边沿向中心位置延伸;三角形过渡段微带线左端的线宽小于锥形渐变微带线右端的线宽;
基片集成拓扑波导段中y轴正方向的区域为A区域,y轴负方向的区域为B区域;A区域和B区域分别由若干个原胞按照三角晶格阵列排布构成,A区域和B区域的晶格常数相同;原胞内刻蚀有三个Y型气孔图案,三个Y型气孔图案在原胞中心位置处互相连接;A区域中所有原胞构成第一光子晶体PhC1,B区域中所有原胞构成第二光子晶体PhC2;令y轴正方向的原胞与x轴正方向之间的夹角为0°,则y轴负方向的原胞与x轴正方向之间的夹角为180°,即A区域和B区域的原胞呈180°中心旋转对称且错位排布;
拓扑波导通道位于下金属层、上金属薄膜层、A区域和B区域构成的畴壁之间;第一光子晶体PhC1和第二光子晶体PhC2对称地放置在y=0界面的两侧构成AB型畴壁,转换第一光子晶体PhC1和第二光子晶体PhC2的位置则构成BA型畴壁,AB型畴壁和BA型畴壁在K谷和K′谷处的拓扑模式具有相反的能流方向。
2.根据权利要求1所述的基于拓扑谷边界态的高效电磁波导,其特征在于,A区域和B区域中,基片集成拓扑波导段的沿x轴的长度大于波导波长,沿y轴的宽度大于三倍晶格常数。
3.根据权利要求1所述的基于拓扑谷边界态的高效电磁波导,其特征在于,晶格常数a=13mm,Y型气孔图案中枝节的长度为l=2.8mm,宽度为w=1mm;介质基板的厚度为t=1mm;
微带线枝节的线宽W0=2.7mm,锥形渐变微带线沿x轴的长度L0=13.5mm,锥形渐变微带线与基片集成拓扑波导段相交位置的线宽W2=14.7mm;三角形过渡段微带线沿x轴的长度L1=
35mm,三角形过渡段微带线与基片集成拓扑波导段相交位置的线宽b=5.6mm。
4.根据权利要求1所述的基于拓扑谷边界态的高效电磁波导,其特征在于,通过改变Y型气孔图案在原胞中的相对位置,破坏动量空间中的C3v对称性,使光子晶体的对称性从C3v降低到C3,打开了原本在K和K'谷处的一对简并Dirac点,谷光子晶体的能带结构中出现了光子带隙。
5.根据权利要求1所述的基于拓扑谷边界态的高效电磁波导,其特征在于,第一渐变过渡段和第二渐变过渡段具有50Ω阻抗特性,用于匹配现有波导和基片集成拓扑波导段的阻抗,三角形过渡段能够将现有的导波模式平滑地过渡到基片集成拓扑波导段中的边界态。