[發明專利]一種表面等離子體激元全光二極管實現方法

在審

• 申請號: 201811521718.X
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109375300A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 劉娟;胡金鳳;劉彬
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B6/122;G02F1/35
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 許艷

本發明公開了一種表面等離子體激元全光二極管實現方法，背景的中部對稱設置有波導，波導之間設置有第一短腔和第二短腔，且第一短腔和第二短腔自左向右并肩排列，第一短腔和第二短腔之間設置有間隔，第一短腔與左側波導以及第二短腔與右側波導之間的水平距離相等。本發明所設計全光二極管完全由傳輸信號控制，較前人設計結構本發明具高的單向透射率、非常好正反透射比、低的閾值功率、工作波段可調以及簡單靈活的設計方法等優點。

技術領域

本發明涉及全光二極管技術，尤其涉及利用表面等離子體激元波導FP腔與微腔的相互作用來實現全光二極管的方法。

背景技術

隨著現在科技的發展與進步，傳統的信息與網絡已經滿足不了人們的需求，納米光學也隨之崛起。如何獲得突破衍射極限的光波導及光調制器，是實現納米全光集成的基礎，也是納米光子學領域的一大研究熱點。

近年來，納米光子學中的一大研究熱點——表面等離子體激元(Surface PlasmonPolaritons,SPPs)以其特殊的光學性質成為解決上述問題的理想方案。因為SPPs的電磁場具有很強的表面束縛性，可以突破衍射極限，所以SPPs單元器件的尺寸可以縮小到納米量級。在SPPs單元器件中，突破衍射極限的程度和能量損耗是相互制約的，因此在設計SPPs光子功能器件結構時，需要權衡這兩者。SPPs共振腔把SPPs和共振腔的特性結合起來，不僅利用SPPs可以較大程度上滿足突破衍射極限的需求，而且利用腔的共振特性進一步增強了腔內能量，可以實現高Q值、小模體積的微型SPPs共振腔。SPPs全光調控利用SPPs局域場增強特性可以實現高靈敏、低閾值、高速的SPPs全光開關和全光二極管。SPPs共振腔和SPPs全光調制器在納米光子器件、納米集成光路及微納傳感等領域具有很大優勢，因此具有潛在的應用前景。

全光二極管是指光從一端入射有透射信號，而從相反的方向入射無透射信號的器件。類似于電子二極管具有正向導通，反向截止的功能。所以全光二極管在集成光學電路和全光網絡中有重要應用。

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PIR效應的雙腔耦合結構—并排雙腔諧振器(side-by-side double-stub resonator，SBSDSR)的基礎上實現全光二極管的結構，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：

一種表面等離子體激元全光二極管實現方法，包括背景、波導、第一短腔和第二短腔；所述背景的中部對稱設置有所述波導，所述波導之間設置有所述第一短腔和第二短腔，且第一短腔和第二短腔自左向右并肩排列，第一短腔和第二短腔之間設置有間隔，第一短腔與左側波導以及第二短腔與右側波導之間的水平距離相等。

進一步，所述背景的材料為銀；

進一步，所述波導為金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導，絕緣體的材料為熔融石英，介電常數為2.31；

進一步，所述第一短腔和第二短腔為表面等離子體激元微腔；第一短腔為引入非線性有機聚合物的非線性腔；第二短腔為線性腔。

進一步，所述非線性有機聚合物為非線性Kerr材料。

進一步，所述非線性Kerr材料的介電常數ε_c取決于電場的強度|E²|：ε_c＝ε₀+χ⁽³⁾|E²|；線性介電常數ε₀的值也是2.31，典型的三階非線性磁化率是χ⁽³⁾＝1.4×10^-7esu≈1×10^-15m²/V²。