[发明专利]一种表面等离子体激元全光二极管实现方法

说明书

本发明公开了一种表面等离子体激元全光二极管实现方法，背景的中部对称设置有波导，波导之间设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间设置有间隔，第一短腔与左侧波导以及第二短腔与右侧波导之间的水平距离相等。本发明所设计全光二极管完全由传输信号控制，较前人设计结构本发明具高的单向透射率、非常好正反透射比、低的阈值功率、工作波段可调以及简单灵活的设计方法等优点。

技术领域

本发明涉及全光二极管技术，尤其涉及利用表面等离子体激元波导FP腔与微腔的相互作用来实现全光二极管的方法。

背景技术

随着现在科技的发展与进步，传统的信息与网络已经满足不了人们的需求，纳米光学也随之崛起。如何获得突破衍射极限的光波导及光调制器，是实现纳米全光集成的基础，也是纳米光子学领域的一大研究热点。

近年来，纳米光子学中的一大研究热点——表面等离子体激元(Surface PlasmonPolaritons,SPPs)以其特殊的光学性质成为解决上述问题的理想方案。因为SPPs的电磁场具有很强的表面束缚性，可以突破衍射极限，所以SPPs单元器件的尺寸可以缩小到纳米量级。在SPPs单元器件中，突破衍射极限的程度和能量损耗是相互制约的，因此在设计SPPs光子功能器件结构时，需要权衡这两者。SPPs共振腔把SPPs和共振腔的特性结合起来，不仅利用SPPs可以较大程度上满足突破衍射极限的需求，而且利用腔的共振特性进一步增强了腔内能量，可以实现高Q值、小模体积的微型SPPs共振腔。SPPs全光调控利用SPPs局域场增强特性可以实现高灵敏、低阈值、高速的SPPs全光开关和全光二极管。SPPs共振腔和SPPs全光调制器在纳米光子器件、纳米集成光路及微纳传感等领域具有很大优势，因此具有潜在的应用前景。

全光二极管是指光从一端入射有透射信号，而从相反的方向入射无透射信号的器件。类似于电子二极管具有正向导通，反向截止的功能。所以全光二极管在集成光学电路和全光网络中有重要应用。

发明内容

本发明的目的在于基于表面等离激元系统提出一种实现PIR效应的双腔耦合结构—并排双腔谐振器(side-by-side double-stub resonator，SBSDSR)的基础上实现全光二极管的结构，实现高效的工作性能，且结构设计简单，便于实现。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种表面等离子体激元全光二极管实现方法，包括背景、波导、第一短腔和第二短腔；所述背景的中部对称设置有所述波导，所述波导之间设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间设置有间隔，第一短腔与左侧波导以及第二短腔与右侧波导之间的水平距离相等。

进一步，所述背景的材料为银；

进一步，所述波导为金属-绝缘体-金属(MIM)波导，绝缘体的材料为熔融石英，介电常数为2.31；

进一步，所述第一短腔和第二短腔为表面等离子体激元微腔；第一短腔为引入非线性有机聚合物的非线性腔；第二短腔为线性腔。

进一步，所述非线性有机聚合物为非线性Kerr材料。

进一步，所述非线性Kerr材料的介电常数ε_c取决于电场的强度|E²|：ε_c＝ε₀+χ⁽³⁾|E²|；线性介电常数ε₀的值也是2.31，典型的三阶非线性磁化率是χ⁽³⁾＝1.4×10^-7esu≈1×10^-15m²/V²。