[發明專利]基于雙短腔耦合系統PIA效應的開關及控制方法

在審

• 申請號: 201810396731.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108646324A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 劉彬;胡金鳳;劉娟;梁紅勤
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: 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

本發明公開了一種基于雙短腔耦合系統PIA效應的開關，背景的下部對稱設置有波導，波導之間自下而上垂直間隔排列有第一短腔和第二短腔，波導間第一短腔和第二短腔相干耦合，在透射譜上會出現兩個透射峰和一個PIA窗口；對PIA窗口的相位響應進行仿真，會出現反常色散；在雙腔系統的第二短腔正上方再增加第三短腔，從而形成雙PIA系統，在透射譜上會出現兩個PIA窗口，通過控制第三短腔的有無，形成開關功能。本發明的雙腔耦合系統不需要外界能量激勵泵浦，不僅具有高透射率，工作波段可調等優點，而且結構設計簡單，易于調控，在快光、光開關、濾波器等全光信號處理和全光器件設計方面，具有相當重要的理論價值和非常深遠的實際意義。

技術領域

本發明涉及光學元器件表面等離子體技術，是利用表面等離子體結構中雙短腔的相干耦合實現PIA效應的方法，尤其涉及基于雙短腔耦合系統PIA效應的開關及控制方法。

背景技術

面對光學元器件多元化的發展需求，具有透射性強，亞波長局域等特點的表面等離子體激元（Surface Plasmon Polaritons，SPPs）越來越受到人們的關注。SPPs是一種存在于金屬-介質交界面上，在外部入射場與金屬表面自由電子共同激蕩的作用下產生的沿金屬表面傳播并束縛于其上的電磁波。SPPs的存在突破了衍射極限，使得納米尺度光子器件在亞波長范圍內對光場的調控成為可能，表面等離子體激元在最近一些年里已經引起人們相當大的興趣。各種基于表面等離子體的波導結構，例如彎曲的波導、分波器和濾波器等已經被理論上設計出來或者被實驗展示出來。國內外對此已經做了大量的研究工作，驗證了決定表面等離子體波導結構傳輸特性的各種因素，比如波導結構的形狀、表面效應、結構參數、尺寸等基本特征，很多研究結果已經應用于制造光學開關、光學濾波器和高度集成光學電路中的光學器件。

在原子氣體中，由于量子干涉，導致在共振頻率處，光波的吸收被消除，等效折射率變大，在原子氣體的吸收譜上表現為吸收峰的迅速消失和在共振頻率處的狹窄透射峰的出現，這種現象被稱為電磁誘導透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)。由于在透明窗口處具有強烈的色散作用，電磁誘導透明效應在非線性光學進程、超快開關和光學數據存儲等方面都有著潛在的應用。然而，由于在原子系統中實現電磁誘導透明效應往往對外界條件有著苛刻的要求。值得慶幸的是，在經典的等離子體激元諧振器系統中，也很容易實現類EIT的光響應，即表面等離子體激元誘導透明(Plasmon-inducedtransparency, PIT)或類電磁感應透明(an analogue of EIT or EIT-like)。它是發生在金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal, MIM)波導中一個特別有趣的現象，也被認為是實現納米集成光子學電路最有前途的方式之一。值得注意的是，在經典系統中EIA的實現，就像等離子體EIT一樣，是和Fano共振緊密聯系的等離子體結構，且兩者都表示Fano共振的特殊情況。與類EIT一樣，PIA在光開關、濾波器和光譜分離器等高集成度光路中具有潛在的應用前景。然而，在MIM等離子體波導中很少研究PIA。而且對PIA現象的研究，大部分工作都局限于PIA現象的實現，對于PIA的形成和演化機制的研究還相對較少，且其結構復雜，PIA效應特性還不夠完善。因此，為了克服上述問題，迫切需要一種簡單的結構來實現完美的PIA效應，對其形成和演化機制進行研究，并探索其潛在的應用范疇。

發明內容

本發明的目的在于基于表面等離激元系統提出一種實現PIA效應的雙腔耦合結構，而且在該結構的基礎上可以提出能實現全光開關的結構，不僅能實現高效的工作性能，且結構設計簡單，便于實現。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：