[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

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关及光存储器，首先利用材料的损耗和增益共同作用，精细地调制MgF₂和ZnS为基质的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用制作全光通信系统中的全光开关及光存储器；本发明为现有的全光开关的光存储器提供了一种新的选择，且开关阈值可通过石墨烯的化学势灵活调节。

技术领域

本发明属于全光通信技术领域，涉及一种应用于全光通信系统中的全光开关及光存储器，具体涉及一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关及光存储器。

背景技术

随着全光网络和信息检测技术的发展，迫切地需要发展全光开关、光存储器等。应用非线性材料的光学双稳态效应，可以实现全光开关和光存储器。

以前一般是通过材料的表面等离子激元或法布里-珀罗腔结构来增强电场局域性，实现低阈值光学双稳态，而且应尽量减少材料的损耗。

表面等离子激元要横磁波，在金属材料的中产生，而且增强的电磁场只沿着材料的表面走向。而且只能在特殊的超材料和Kretschmann结构中才能激发表面等离子激元。

如果以布拉格光栅来形成法布里-珀罗腔，光栅的周期数越大，缺陷模的单色性越好，电场局域性越强，但是由于材料中存在损耗，使得透射光强随之降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关及光存储器。

本发明所采用的技术方案是：一种基于石墨烯光学双稳态的全光开关及光存储器，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。

光学双稳态可应用于全光通信中的全光开关和光存储器中，那么光学双稳态的阈值就是全光开关的阈值。通过增大宇称-时间对称结构中电介质材料的增益/损耗，进一步降低全光开关的阈值，以及增大上、下阈值间隔。

另外，石墨烯上配置有电极，全光开关的阈值和上、下阈值间隔可以通过调整石墨烯的化学势，即电极上的电压，来灵活地控制。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：在石墨烯这种新的二维材料中实现了基于光学双稳态的全光开关和光存储器，并且利用PT对称结构对电场的局域性来降低开关阈值和增大上、下阈值间隔，增益-损耗系数为0.1时，比普通谐振腔的开关阈值降低1个量级，另外，全光开关阈值可以通过石墨烯化学势灵活调节。普通认为材料的损耗都是有害的，本发明充分利用材料的损耗，增强电场局域性和石墨烯的三阶非线性效应，从而实现石墨烯的低阈值光学双稳态。

附图说明

图1为本发明实施例的含有石墨烯的宇称-时间对称电介质多层示意图；

图2为本发明实施例的双稳态的开关阈值随化学势的变化关系图；

图3为本发明实施例的电介质材料制作步骤示意图；

图4为本发明实施例的光强输入-输出关系图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。