[發(fā)明專利]一種基于表面等離激元法諾共振的微納光開關(guān)及使用它的級聯(lián)光開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410265615.7
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104111565B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李孝峰;詹耀輝;吳紹龍;翟雄飛;吳凱
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G02F1/1347
• 分類號: G02F1/1347;G02F1/13
• 代理公司: 北京康盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11331
• 代理人: 伊美年

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于表面等離激元法諾共振的微納光開關(guān)及使用它的級聯(lián)光開關(guān)。

背景技術(shù)

信息技術(shù)與人類生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，它的發(fā)展經(jīng)歷了人工手段、電磁技術(shù)和電子技術(shù)階段，現(xiàn)在正在朝著光子技術(shù)階段發(fā)展。光子技術(shù)是以光子為載體實現(xiàn)信息的傳輸、處理和存儲的現(xiàn)代技術(shù)。因為光子比電子學(xué)頻率高1000多倍，支持空間上的多維信息處理，并且抗電磁干擾，所以在信息通信方面光子與電子相比具有無法比擬的優(yōu)越性：信息攜帶容量更大，信息處理速度更快，信息傳輸?shù)谋Ｃ苄愿谩Ｔ谌找姘l(fā)展的光通信網(wǎng)絡(luò)中，光鏈路和光節(jié)點是主要組成部分；而光節(jié)點中的所有路由、交換和處理系統(tǒng)的基本單元都是光開關(guān)。因此光開關(guān)是光通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)和關(guān)鍵器件。從研究趨勢看,光開關(guān)正面臨性能最優(yōu)化、規(guī)模可擴展、功能多樣化等多方面的挑戰(zhàn),并成為建設(shè)下一代光網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。

光開關(guān)嚴(yán)格定義為：在一定的驅(qū)動方式下,把光信號的某個參量(強度、波長、方向或偏振等)從一種狀態(tài)快速地、可逆地、不連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程。現(xiàn)有的光開關(guān)主要包括機械式光開關(guān)、磁光開關(guān)、聲光開關(guān)、液晶開關(guān)、MEMS開關(guān)等。其中，液晶光開關(guān)與其他光開關(guān)相比，具有能耗低、隔離度高、使用壽命長、穩(wěn)定性和可靠性好等優(yōu)點，因此近幾年來被大力發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的包括液晶光開關(guān)在內(nèi)光開關(guān)是一種光強開關(guān)，不具有波長選擇性，即對所有波長都是同時實現(xiàn)開關(guān)的切換。但是光通信的發(fā)展不但需要空間域和時間域的交換狀態(tài)，而且需要頻域的交換選擇功能。另一方面，光通信網(wǎng)絡(luò)正朝著集成光路方向發(fā)展，光通信的集成化是信息工業(yè)發(fā)展的必由之路，也是國家的重大戰(zhàn)略需求。集成光路的發(fā)展必然要求光學(xué)元件(包括光開關(guān))的尺寸逐漸微納光化，因此研發(fā)新型微納光光開關(guān)是集成光通信技術(shù)亟待實現(xiàn)的發(fā)展目標(biāo)。

法諾共振是連續(xù)背景場和離散共振場相互干涉作用而產(chǎn)生的一種特征共振現(xiàn)象，其在光譜上表現(xiàn)為非對稱的共振線型。該現(xiàn)象是Ugo?Fano在研究原子體系中電子的非彈性散射時發(fā)現(xiàn)的，起初被認(rèn)為僅限于量子領(lǐng)域，之后拓展到眾多科學(xué)工程領(lǐng)域。近年來人們發(fā)現(xiàn)金屬顆粒能夠模擬分子構(gòu)型，并在光照驅(qū)動下產(chǎn)生不同模式的表面等離激元，這些不同模式之間相互干涉震蕩，從而實現(xiàn)法諾共振。本發(fā)明涉及的法諾共振表現(xiàn)在散射光譜線型非對稱、線寬極窄、散射低谷對應(yīng)于表面等離激元相位相干抵消所產(chǎn)生的暗模式(Dark?mode)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提供一種基于表面等離激元法諾共振的微納光開關(guān)，其器件工作原理完全不同于傳統(tǒng)液晶光開關(guān)，利用了液晶的雙折射特性，不僅具有液晶光開關(guān)的所有優(yōu)勢，同時兼具傳統(tǒng)液晶光開關(guān)不具備的波長選擇功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于表面等離激元法諾共振的微納光開關(guān)，包括透明襯底，其特征在于所述透明襯底上依次疊置有金屬薄膜層、向列相液晶取向轉(zhuǎn)換層和起偏器，其中：

起偏器，給予透過光以初始的極化方向；

向列相液晶取向轉(zhuǎn)換層，用于接納上述具有初始極化方向的透過光，并控制經(jīng)由其透射出去的光的極化方向；

金屬薄膜層，其上蝕刻有單獨的金屬孔四聚體單元構(gòu)型或由該單元經(jīng)四方排列或六方排列而成的陣列拓?fù)錁?gòu)型，所述金屬孔四聚體單元構(gòu)型中的四孔呈D_2h群對稱，具有正交的短軸和長軸；當(dāng)通過向列相液晶取向轉(zhuǎn)換層透射下來的光的極化方向且與短軸平行時，打開光路；當(dāng)通過向列相液晶取向轉(zhuǎn)換層透射下來的光的極化方向相對于初始極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，且與長軸平行時，則激發(fā)表面等離激元法諾共振，關(guān)閉光路。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述金屬薄膜層的厚度為20～100nm，金屬孔四聚體單元構(gòu)型中四孔的孔徑Φ均為90～1000nm，孔間距s均為3～100nm。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述向列相液晶取向轉(zhuǎn)換層，包括依次疊置于金屬薄膜層上的下液晶取向控制透明層、向列相液晶層、上液晶取向控制透明層；其中下液晶取向控制透明層的上表面設(shè)有平行間隔分布的若干溝槽，而上液晶取向控制透明層的下表面則設(shè)有交叉指型電極并引出電極線，所述交叉指型電極的叉指方向與下方溝槽平行或垂直，對應(yīng)的，當(dāng)交叉指型電極通電后，其產(chǎn)生的電場方向與下方溝槽垂直或者平行。

更進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述下液晶取向控制透明層為聚酰亞胺薄膜層、ITO或FTO，而上液晶取向控制透明層為玻璃蓋片層。