[發(fā)明專利]一種啁啾結(jié)構(gòu)低閾值雙穩(wěn)態(tài)的全光開關(guān)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410048936.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-12
• 公開（公告）號(hào): CN103792755A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢崗;傅俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G02F1/35
• 分類號(hào): G02F1/35
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全光開關(guān)，更具體說(shuō)，它涉及一種啁啾結(jié)構(gòu)低閾值雙穩(wěn)態(tài)的全光開關(guān)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，全光開光已經(jīng)成為數(shù)字光通信和全光網(wǎng)絡(luò)所必備的基本器件。對(duì)全光元件，特別是全光開關(guān)的研究，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)（Optical?Bistable:OB）是指通過(guò)控制光調(diào)控光學(xué)系統(tǒng)高和低兩種不同的輸出狀態(tài)，使得光信號(hào)發(fā)生受控轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。從物理原理上看，光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象類似于電子器件中廣泛應(yīng)用的邏輯門。與電子器件相比，光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)具有開關(guān)速度快、不受電磁干擾、功耗較低等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及光開關(guān)器件、光邏輯計(jì)算、光放大器、數(shù)字光通信器件等多個(gè)方面。

光學(xué)開關(guān)的閾值是指能使光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的最小控制光的強(qiáng)度，也就是發(fā)生開關(guān)的臨界值，低閾值開關(guān)有利于更精確地實(shí)現(xiàn)光學(xué)控制、降低器件的功耗、減小開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間、提高開關(guān)的靈敏度。目前在非線性光學(xué)領(lǐng)域，獲取低閾值光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)形成的光開關(guān)是重要的研究方向。近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外在光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)方面開展了大量的研究工作，并在理論和實(shí)驗(yàn)上取得了重大的進(jìn)展。到目前為止，關(guān)于光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件的發(fā)展有以下幾個(gè)方向：1.在二維光子晶體平板微腔中加入非線性克爾介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了全光雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，得到了大于15dB的開關(guān)比和375mW的最小輸入功率（文獻(xiàn)1,Hamed?Pezeshki,Vahid?Ahmadi.All-optical?bistable?switching?based?on?photonic?crystal?slab?nanocavity?using?nonlinear?Kerr?effect.Journal?of?Modern?Optics,2012,Vol.60,No.2,103-108）。2.研究在光子晶體中利用材料中的光子載流子引起的“帶填充”效應(yīng)，導(dǎo)致非線性光子晶體具有較大的光調(diào)制特性，實(shí)現(xiàn)了低閾值高效光開關(guān)和100ps的光學(xué)雙穩(wěn)開關(guān)時(shí)間（文獻(xiàn)2，Chen?Ming,Li?Chun-fei,et?al.Characteristics?of?Optical?Bistability?of?Nonlinear?One-dimensional?Photonic?Crystal?Waveguide.ACTA?OPTICA?SINICA,2004,25(6):620-624）。3.在2011年，Damien?Brissinger?等人采用近場(chǎng)硅納米針尖調(diào)控納米腔的光學(xué)模式，調(diào)節(jié)近場(chǎng)硅納米針尖與非線性納米腔的距離，改變光與物質(zhì)的相互作用，使得腔內(nèi)單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了硅腔中的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)(文獻(xiàn)3，Brissinger?D,Cluzel?B,Coillet?A?et?al.Near-field?control?of?optical?Bistability?in?a?nanocavity.General?Assembly?and?Scientific?Symposium,2011,30th?URSI)。如上所述，在光子晶體介質(zhì)結(jié)構(gòu)中放入非線性介質(zhì)來(lái)獲得光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的研究已經(jīng)很多，但使用的方法、結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種在不改變材料的消耗以及其他光學(xué)性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)閾值更低全光開關(guān)性能的啁啾結(jié)構(gòu)低閾值雙穩(wěn)態(tài)的全光開關(guān)設(shè)計(jì)方法。

這種啁啾結(jié)構(gòu)低閾值雙穩(wěn)態(tài)的全光開關(guān)設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟1：取折射率分布為余弦分布的光子晶體，其折射率的分布滿足：

n(z)＝n₀+n₁(z)+n₂(z)???（1）

其中，n₀為平均折射率，為折射率周期性變化幅度，為非線性效應(yīng)引起的折射率分布，這里E(z)表示光柵內(nèi)部電場(chǎng)振幅，Λ為周期數(shù)，z表示其軸向方向，η為克爾系數(shù)；

步驟2：引入線性啁啾，改變公式（1）中的折射率n₁，使其滿足下面的表達(dá)式：