[發明專利]一種全光二極管實現方法

在審

• 申請號: 201710944450.X
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107728402A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 劉彬;胡金鳳;梁紅勤
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365;G02B5/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 張文杰

技術領域

本發明涉及全光二極管技術，特別涉及一種基于表面等離激元波導的全光二極管實現方法。

背景技術

在信息量日益膨脹的今天，傳統信息網絡已不再滿足人們的需求，然而隨著通信業務需求的增加，各種新技術不斷改進和完善，全光網絡隨之被提出，這一技術避免了傳統通信網絡中中間節點電子瓶頸問題，受到世界各國的重視，必將成為未來網絡發展的最終趨勢。

全光二極管作為未來全光信號處理的關鍵部件之一，必須不斷的研究其實現方法，加以改進和完善使其能夠更方便，更高效的實現正向導通，反向截止的功能。

表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是當光場入射到金屬-介質的交界面時，金屬中的自由電子在入射光子的作用下與同頻率的入射光產生的集體振蕩現象。它是一種沿金屬-介質界面傳播并且束縛于金屬表面的電子疏密波，在亞波長范圍內實現對光傳播的有效控制。SPPs之所以能將電磁場能量局域在納米尺度范圍內，是因為其電場強度在垂直于金屬-介質交界面方向上急劇衰減。表面等離子體的存在實現了納米級金屬光器件對光場的限制、局域及傳輸。將輸入的光信號首先轉化成表面等離子體進行傳輸，利用邏輯元件進行處理后再重新轉化成輸出光信號，這一過程便可實現小型化的集成光學回路。基于SPPs的多種多樣的金屬結構，如：金屬狹縫結構V型槽結構、楔型結構、金屬納米線或納米棒等。鑒于SPPs不僅能克服傳統光學衍射極限，且能在亞波長尺度上操縱光波，認為SPPs在集成光子器件的發展中具有各種應用。然而，這些全光二極管的整體性能在一定程度上仍顯不足，如最大透射比低、前后傳輸對比率低、功率閾值高和響應時間慢等。因此，設計高效全光二極管是一個重要挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于表面等離激元波導結構的全光二級管的實現方法，該全光二極管結構在低功率閾值下可實現正向導通、反向截止的功能，工作期間所需光功率閾值很小，具有亞皮秒量級的響應時間、超高的透射比和工作波長可調節等優點。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：一種全光二極管實現方法，在介質波導與兩側背景的金屬構成的金屬-介質-金屬(MIM)表面等離激元波導結構的旁側設計一個Fano短腔；在Fano短腔附近的表面介質波導中增加反射層，并且所述反射層的位置向介質波導正對Fano短腔位置偏離10-20nm；入射光工作波長選擇在靠近Fano短腔共振峰右側的反射區域內；從正向入射端口入射的光強達到激發Fano短腔的非線性克爾效應的功率閾值，以改變Fano短腔的折射率，使正向入射由反射狀態變成透射狀態；而從反向入射端口入射的光在此光強下還處于截止狀態，從而實現全光二極管功能正向導通和反向截止的功能。

進一步，所述反射層的材料與背景的材料金或者銀。

進一步，所述反射層04的厚度為5～15nm。

本發明通過調節Fano短腔的腔長來調節器件的工作波段，不需要外界泵浦激勵，為光無源器件，便于集成于全光網絡中，因此具有較大的應用價值。在正向導通時的透射率可達80％，反向截止透射率幾乎為0，所以透射比超過99％；期間所需光功率很小，閾值功率密度為0.25mw/μm²，該器件具有亞皮秒量級的響應時間。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為在線性效應下，反射層從Fano短腔移動0、10、20nm處的透射峰譜圖；

圖3a為λ₀＝0.97μm，e＝10nm時，正向和反向傳輸不同輸入功率密度與透射光譜之間的關系曲線圖；

圖3b為λ₀＝0.97μm，e＝20nm時，正向和反向傳輸不同輸入功率密度與透射光譜之間的關系曲線圖；

圖4a為P＝0.25mw/μm²，λ₀＝0.97μm正向傳輸時，正向透射率與時間之間的變化關系曲線圖；

圖4b為P＝0.25mw/μm²，λ₀＝0.97μm反向傳輸時，反向透射率與時間之間的變化關系曲線圖。

圖中：01.背景，02.介質波導，03.Fano短腔，04.反射層，05.正向入射端口，06.反向入射端口。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步的說明。