[發明專利]一種基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關

有效

• 申請號: 202111030250.6
• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113703247B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 文永正;路亞峰;郎光輝;周濟;范本勇;吳經歐
• 申請（專利權）人: 北京索通新動能科技有限公司;清華大學
• 主分類號: G02F3/02
• 分類號: G02F3/02;G02F1/01;G02B1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

1.一種基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其結構為周期排列的二維非對稱半導體顆粒結構單元組成的超表面陣列；所述超表面陣列排列于襯底的表面上，或置于襯底的內部；所述半導體顆粒的材料在泵浦光波長處具有較強的載流子色散效應，在信號光波長處具有較高的折射率和較低的損耗；所述半導體顆粒構成材料和所述襯底構成材料的介電常數之間存在差異，以滿足束縛態諧振模式激發。

2.根據權利要求1所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述二維非對稱半導體顆粒結構單元在單個或多個對稱標準下具有不對稱性，并具有亞波長尺寸。

3.根據權利要求1或2所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述半導體顆粒采用的半導體材料選自下述至少一種：Si、Ge、GaAs。

4.根據權利要求1所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述襯底的材料為對入射光透射較高、損耗較低的材料；所述入射光包括信號光和泵浦光；所述襯底的材料包括但不限于：高分子材料、介質材料以及其他固體材料。

5.根據權利要求1或2所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述結構單元設計為二維非對稱半導體顆粒，其目的是實現當外部電磁波照射超表面時，結構單元內部或結構單元之間不同顆粒之間的多極模式耦合，激發非對稱超表面的束縛模式，該模式對應于光譜中尖銳的特征頻譜。

6.根據權利要求1或2所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述全光開關的特征頻譜在信號光工作波長處對應著諧振峰(或谷)；

當光子能量大于半導體材料禁帶寬度的泵浦光照射超表面時，半導體顆粒內部將產生大量的光生載流子，進而導致半導體顆粒的介電常數或折射率減小，使超表面的諧振波長發生偏移，通過該過程，泵浦光束可以完成對信號光束的通/斷操控，實現以光控光的全光開關。

7.根據權利要求1或2所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：通過調整所述超表面中半導體顆粒的不對稱度來調整所述全光開關特征頻譜的尖銳程度；通過調整所述超表面中半導體顆粒的尺寸，把超表面的諧振波長調諧到期望的信號光工作波長處，可調范圍可覆蓋從射頻到所使用半導體顆粒材料的禁帶寬度所對應的光子波長之間的光波段。

8.根據權利要求1或2所述的基于非對稱超表面的載流子色散型全光開關，其特征在于：所述超表面的特征頻譜越尖銳，實現全光開關所需要的泵浦光強就越小，通過調整顆粒結構單元的不對稱度來定制特征頻譜的尖銳程度，來減小或定制合理的泵浦光強。