[发明专利]一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关及光存储器

权利要求书

1.一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于，制作方法为：

首先利用材料的损耗和增益共同作用，精细地调制掺杂电介质材料的折射率实部和虚部，使其折射率满足宇称-时间对称性，形成宇称-时间对称结构的谐振腔；然后把石墨烯嵌入此对称结构的中心，利用石墨烯的三阶非线性效应，实现低阈值的光学双稳态，双稳态的阈值低至GW/cm²量级；最后利用石墨烯的双稳态效应制作全光通信系统中的全光开关及光存储器；

所述宇称-时间对称结构的谐振腔由电介质多层构成，其中电介质A、B、A′、和B′交替排列，形成两个布拉格光栅，分别位于缺陷层C的两边；整个结构为(AB)^NCGC(B′A′)^N，N为布拉格周期数，G为单层石墨烯。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：所述电介质A和A′以MgF₂为基质材料，在A中掺杂铒活性增益介质，在A′中存在铜损耗介质。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：所述电介质B和B′以ZnS为基质材料，在B′中掺杂铒活性增益介质，在B中存在铜损耗介质。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：所述电介质A、B、A′、B′和C的折射率分别为n_a＝1.38+iq，n_b＝2.35–iq，n_a′＝1.38–iq，n_b′＝2.35+iq和n_c＝1.5，q为增益-损耗因子。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：所述电介质A、B、A′、B′和C的厚度分别为：0.28μm、0.16μm、0.28μm、0.16μm、0.16μm，布拉格周期数N＝4。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于，所述掺杂电介质材料制作过程为：

步骤1：以MgF₂为基质材料，在其中掺杂铒离子，形成活性电介质A；

步骤2：以ZnS为基质材料，在其中掺杂铜离子，形成损耗电介质B；

步骤3：重复1和2步骤，依次形成四个AB电介质交替排列的周期单元；

步骤4：以酚醛树脂为基质材料形成C；

步骤5：在酚醛树脂左侧附着一层单层石墨烯G；

步骤6：在石墨烯右边再生长一层酚醛树脂形成 C；

步骤7：以ZnS为基质材料，在其中掺杂铒 离子，形成活性电介质B′；

步骤8：以MgF₂为基质材料，在其中掺杂铜离子，形成损耗电介质A′；

步骤9：重复7和8步骤，依次形成四个B′A′电介质交替排列的周期单元。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：通过增大宇称-时间对称结构中掺杂电介质材料的增益/损耗，进一步降低基于光学双稳态的全光开关的阈值，以及增大上、下阈值间隔。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的基于石墨烯光学双稳态的全光开关，其特征在于：所述石墨烯上配置有电极，通过调整石墨烯的化学势，即电极上电压，灵活地控制基于光学双稳态的全光开关的阈值和上、下阈值间隔。