[發(fā)明專利]一種反射式等離子體納米結(jié)構(gòu)光開關(guān)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611151305.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106773146B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何金娜;萬明理;孫小軍;張曉朋;李勇;周豐群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 平頂山學(xué)院
• 主分類號(hào): G02F1/03
• 分類號(hào): G02F1/03;G02F1/01;B82Y20/00
• 代理公司: 洛陽(yáng)公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 狄干強(qiáng)

一種反射式等離子體納米結(jié)構(gòu)光開關(guān)及其制備方法，包括用于改變?nèi)肷涔馄穹较虻钠裾{(diào)制器件和等離子體納米結(jié)構(gòu)，該等離子體納米結(jié)構(gòu)包括底層的金屬薄膜、中間層的電介質(zhì)薄膜和分布在電介質(zhì)薄膜上表面的若干金屬納米環(huán)，且金屬納米環(huán)對(duì)稱分布并形成周期排布的金屬納米環(huán)陣列。本發(fā)明利用由金屬薄膜、電介質(zhì)薄膜和金屬納米環(huán)陣列形成的等離子體納米結(jié)構(gòu)，當(dāng)入射光以不同偏振方向照射到該等離子體納米結(jié)構(gòu)時(shí)，幾乎能夠被全部反射或全部吸收，從而形成對(duì)入射光的“開”或“關(guān)”狀態(tài)的控制，相比較于透射式光開關(guān)的消光比低的問題，本發(fā)明具有更大的消光比系數(shù)，而且制備方法簡(jiǎn)單，易于集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到光電技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種反射式等離子體納米結(jié)構(gòu)光開關(guān)及其制備方法。

背景技術(shù)

光開關(guān)是一種對(duì)光信號(hào)進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換的器件，它能夠?qū)饫w或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作，在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中有著至關(guān)重要的作用。由于效率高、噪聲小，基于非線性光學(xué)效應(yīng)的光開關(guān)獲得廣泛而深入的研究，但材料的非線性效應(yīng)要求外加高功率的光源（交叉泵浦）或者高強(qiáng)度的信號(hào)光源（自泵浦），因此嚴(yán)重地限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

電磁誘導(dǎo)透明（Electromagnetically Induced Transparency, EIT）是原子系統(tǒng)在光場(chǎng)作用下原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)其不同激發(fā)路徑之間相消干涉的一種量子效應(yīng)。由于EIT在透明頻譜區(qū)域具有尖銳的正常光譜色散，電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)被廣泛用于慢光、傳感、開關(guān)等光信息處理領(lǐng)域（Harris et al., Phys. Today, Vol. 50, pp. 36, 1997）。2008年，Zhang等人在理論上提出利用具有不同阻尼因子的金屬納米結(jié)構(gòu)（等離子體耦合共振器）來實(shí)現(xiàn)類EIT效應(yīng)（Zhang et al., Phys. Rev. Lett. Vol. 101, pp. 047401,2008），隨后Liu等人利用納米制備技術(shù)從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了這一效應(yīng)（Liu et al., Nat.Mater. Vol. 8, pp. 758-762, 2009）。不同等離子體共振器的近場(chǎng)耦合替代了原子系統(tǒng)中的泵浦場(chǎng)，消除了原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)EIT效應(yīng)的苛刻實(shí)驗(yàn)條件，降低了電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)在光學(xué)器件應(yīng)用中的門檻。最近有人提出一種基于等離子體EIT效應(yīng)的豎直堆垛金屬納米線結(jié)構(gòu)的透射式光開關(guān)，利用改變普克爾斯盒的加載電壓控制入射光的偏振，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)透射光一開一關(guān)的超快主動(dòng)控制（申請(qǐng)?zhí)枺篊N 102466899）。但是，由于阻抗不匹配，在界面處會(huì)有反射帶來能量損耗，導(dǎo)致這種透射式光開關(guān)的消光比不高（即透過率低），而且這種豎直堆垛式結(jié)構(gòu)要求制備方法復(fù)雜，制備條件苛刻（Liu et al., Nat. Mater. Vol. 8, pp.758-762, 2009）。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有透射式光開關(guān)消光比低等問題，本發(fā)明提供了一種反射式等離子體納米結(jié)構(gòu)光開關(guān)及其制備方法，該光開關(guān)基于一種平面等離子體納米結(jié)構(gòu)的等離子體誘導(dǎo)反射（Plasmon-Induced Reflectance, PIR）效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了利用入射光偏振來控制光開關(guān)的打開和關(guān)閉，從而避免了現(xiàn)有透射式光開關(guān)存在的消光比低的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種反射式等離子體納米結(jié)構(gòu)光開關(guān)，包括用于改變?nèi)肷涔馄穹较虻钠裾{(diào)制器件和等離子體納米結(jié)構(gòu)，所述等離子體納米結(jié)構(gòu)包括底層的金屬薄膜、中間層的電介質(zhì)薄膜和分布在電介質(zhì)薄膜上表面的若干金屬納米環(huán)，且金屬納米環(huán)對(duì)稱分布并形成周期排布的金屬納米環(huán)陣列，所述金屬納米環(huán)陣列在一個(gè)方向上的排列周期為金屬納米環(huán)共振波長(zhǎng)的0.92~0.97倍，而在與該方向垂直的另外一個(gè)方向上的排列周期小于等于金屬納米環(huán)共振波長(zhǎng)的0.8倍或大于等于金屬納米環(huán)共振波長(zhǎng)的1.15倍。

所述金屬薄膜和金屬納米環(huán)的材質(zhì)為貴族金屬，如金、銀或銅等。

所述電介質(zhì)薄膜的材質(zhì)為介電材料，如二氧化硅、氧化鋁或氧化鎂等。