[發明專利]基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關及應用

有效

• 申請號: 201510908720.2
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105449317B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 周濟;劉曉明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01P1/10
• 分類號: H01P1/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于新型光電技術領域，特別涉及基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關及應用。所述光開關由高介電立方體顆粒周期性地排列在基質中形成；其中，高介電立方體顆粒為TiO₂、CaTiO₃、Ba_xSr_1?xTiO₃(x＝0～1)及其摻雜物，基質為塑料或特弗倫材料。本發明可以在一定電磁波頻率處起到光開關作用，并通過調節高介電顆粒的大小和介電常數等參數調控光開關的頻率。

技術領域

本發明屬于新型光電技術領域，特別涉及基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關及應用。

背景技術

隨著科學技術與光電子工業的迅猛發展，人們對信息傳輸和處理速度的要求不斷提高，這就迫切需要速度更高的信息處理系統。目前，我們的信息處理系統采用光/電/光的數據交換模式，由于受到電路處理速度瓶頸的限制，處理系統難以實現更高的信息處理速度。如果采用全光數據模式，那么信息傳輸和處理的速度會達到光速量級，這是人類的夢想也終將會實現。而全光信號處理技術，尤其是全光開關技術便成為實現全光數據模式的關鍵。

發明內容

本發明提供了一種基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關及應用，具體技術方案如下：

所述基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關由高介電立方體顆粒周期性地排列在基質中形成。

所述高介電是指微波介電常數大于50。

所述高介電立方體顆粒為TiO₂、CaTiO₃、Ba_xSr_1-xTiO₃(x＝0～1)及其摻雜物。

所述基質為塑料或特弗倫材料。

當電磁波通過該光開關時，高介電立方體顆粒對電磁波產生Mie散射，從而在特定頻率處出現磁諧振峰。該磁諧振峰的頻率與高介電立方體顆粒的大小、介電常數、晶胞大小和基質的介電常數有關。

如上所述的光開關的應用：

將一束信號電磁波通過所述光開關樣品，高介電立方體顆粒會在某一頻率附近發生磁諧振；此時，在諧振頻率處，信號電磁波無法通過樣品；而在諧振峰邊帶頻率處，信號電磁波可以通過樣品繼續傳輸；

將一束與信號電磁波傳播方向垂直、磁場方向也垂直的調控電磁波通過所述光開關樣品，高介電立方體顆粒會在同一頻率附近產生磁諧振；該磁諧振會與之前信號電磁波產生的磁諧振相互耦合，使磁諧振方向由原來沿著立方體邊長的方向轉變為沿著立方體面對角線方向，從而導致諧振頻率向低頻移動，信號電磁波在新產生的諧振模態頻率處由傳播聯通轉為阻斷，實現了光開關的作用。

通過調節高介電顆粒的大小、介電常數、晶胞大小和基質的介電常數，可以實現該光開關諧振頻率的調節。

本發明的有益效果為：

本發明可以在一定電磁波頻率處起到光開關作用，通過調節高介電顆粒的大小和介電常數等參數可以調控光開關的頻率。

附圖說明

圖1為本發明基于Mie諧振的光開關示意圖。

圖2為一束(開狀態)和兩束(關狀態)電磁波通過光開關樣品時，信號電磁波的透射參數S₂₁曲線對比圖。

具體實施方式

本發明得到了一種基于互相垂直的磁偶極耦合的介質超材料全光開關及應用，下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

實施例1