[發明專利]一種基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件

在審

• 申請號: 201410246825.1
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104155775A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 史金輝;徐軼群;聶光宇;劉星辰;朱正;關春穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于傳感、光開關和光波段二極管等領域，具體涉及一種基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件。?

背景技術

人工電磁材料(Metamaterials)是人工設計具有亞波長結構并呈現天然材料不具備的超常性質的材料，其獨特新穎的物理性質和誘人的應用前景得到了國際學術界的廣泛關注，被美國《科學》雜志評為2003年度十大科技成就之一，超材料引發了光子晶體之后又一個人工新型媒質的研究熱潮。?

手性是對物體對稱性的一種純粹幾何性描述，是指物體結構自身缺乏幾何對稱性，典型手性介質有石英、葡萄糖等。為了描述2維平面結構的光學性質,引入了2維手性的概念:如果一個平面物體不能通過平面內的旋轉和移位與它的鏡像重合，即它在結構的平面內沒有線對稱性，則該物體為手性結構，具有螺旋性質。手性超材料的出現極大地豐富了電磁領域的研究內容，例如手性(Chirality)與人工電磁超材料結合后會出現巨大的旋光效應、電磁波的非對稱傳輸等。?

非對稱傳輸現象為光波段偏振光傳輸的方向調控提供了新的途徑，對實現光波段隔離器、光波段二極管、偏振轉換器件等超材料功能器件具有重大意義。而具有頻率可調諧性的非對稱傳輸器件更是引起了人們的廣泛關注。Shadrivov和Chen等人分別提出在開口諧振環中外加變容二極管來調節其頻率特性。Degiron等人通過在開口諧振環中引入電導率可調的半導體來實現可調左手材料。Zhao等人將開口諧振環浸在液晶之中，通過外加電場調節液晶的介電常數來實現結構的頻率可調諧性。因此，我們相信通過上述方法也可實現非對稱傳輸器件的頻率可調諧性。?

但是，上述方法需要引入外加可調器件，這會增加非對稱傳輸器件的復雜性。而液晶又具有流動性和腐蝕性，在實際應用方面有很大的難度。?

如果可以直接調節非對稱傳輸器件的介電常數，將能有效地簡化實現可調諧非對稱傳輸器件的難度。因此，本發明提供一種基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件。通過將相變材料GST作為介質層，利用相變材料隨外加電場或溫度改變而變化的特性，實現非對稱傳輸器件的可調諧性。?

若雙I型的單元結構之間是連續的，要對基本單元進行調整將會變得十分困難，因此本發明將相鄰單元結構的金屬層斷開，從而使單個單元結構進行調整變得十分方便。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、操作容易、調整方便、工作頻率調諧范圍大，能真正實現紅外光波段基于相變材料的基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件。?

本發明的目的是這樣實現的：?

基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件，包括雙層金屬結構和間隔層，所述的雙層金屬結構位于相變材料兩側的表面，雙層金屬結構層由周期性排列的基本單元構成，每層金屬結構膜層厚度為20-60nm；所述金屬結構層的基本單元為雙I型結構，一端連接在一起，相鄰單元結構間是不連續的。金屬結構采用金或銀，相變材料采用Ge₂Sb₂Te₅，兩層金屬結構相對旋轉角為90度，金屬結構層的基本單元之間的旋轉角為90度。?

本發明的有益效果在于：本發明提供了一種基于相變材料的可調諧非對稱傳輸光器件，通過在所設計的雙層手性結構中引用相變材料來實現非對稱傳輸的可調諧性。該可調諧性非對稱傳輸器件具有結構簡單、操作容易、工作頻率調諧范圍大等優點，紅外光波段線偏振光轉換的諧振頻率變化現象很明顯，有效地實現了紅外光波段針對雙正交偏振態的雙波段單向傳輸的可調諧性。本發明所提出的非對稱傳輸光器件具有很強的可調諧性。該器件將可實現光波隔離器或光波二極管，對紅外光波人工電磁材料功能器件的發展意義重大。?

附圖說明

圖1是可調諧非對稱傳輸光器件S的立體結構示意圖。?

圖2是可調諧非對稱傳輸光器件S及其基本結構參數。?

圖3(a)是可調諧非對稱傳輸光器件S的X方向偏振的線偏振光示意圖。?

圖3(b)是可調諧非對稱傳輸光器件S的沿Z軸正向垂直入射的線偏振光示意圖。?

圖4是可調諧非對稱傳輸光器件S在相變材料GST處于不同狀態即不同介電常數時，以X方向偏振的線偏振光為入射光的透射幅值曲線。?

圖5是可調諧非對稱傳輸光器件S在X方向偏振的線偏振光負向入射時的透射幅值x曲線。?

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做更加詳細的描述。?