[实用新型]一种应用于全光开关和光存储器的光学双稳态器件

说明书

本实用新型提供了一种应用于全光开关和光存储器的光学双稳态器件，属于全光通信系统技术领域。光学双稳态器件为八个电介质层一、八个电介质层二和十五个石墨烯层组成的多层结构，由上表面至下表面依次为电介质层一、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层一、石墨烯层、电介质层二、石墨烯层、电介质层一。本实用新型具有能够降低光学双稳态的阈值等优点。

技术领域

本实用新型属于全光通信系统技术领域，涉及一种应用于全光开关和光存储器的光学双稳态器件。

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。基于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激元(surface plasmon polaritons：SPPs)或法布里-珀罗腔结构来增强电场局域性，再利用非线性系数较大的材料来实现低阈值的光学双稳态。

SPPs需要TM波在金属或石墨烯中产生，SPPs只沿着材料的表面走向。而且只能在超材料和Kretschmann结构中才能激发SPPs。

石墨烯作为一种新兴的二维材料，因其独特的电子、机械和光学性质被广泛应用于生活和生产实践，已成为各研究领域的热点。常温下石墨烯的电子迁移率可以达到2.5×10⁵cm²V^-1s^-1，约为硅半导体迁移率的100倍；而且石墨烯的电阻率也极小，约为10^-6Ωcm，这比一般金属的电阻率还要低。

石墨烯的电导率可以通过化学势控制，化学势和载流子浓度之间的关系为其中v_F≈10⁶m/s为费米速度，μ_c为化学势，为简约普朗克常数。通过化学掺杂和静电偏压的方法可以改变载流子浓度，进而控制化学势。

石墨烯的表面电导率可以用九堡公式(Kubo formula)来描述

其中，f_d＝1/(1+exp[(ε-μ_c)/(k_BT)])为费米-狄拉克统计，ε是粒子能量，μ_c是石墨烯化学势(也叫作费米能级EF))，T是温度，e是电子元电荷，τ是动量弛豫时间。

石墨烯还具有强的三阶非线性效应，其表面电导率可以表示成

σ_g＝σ₁+σ₃|E|² (2)

其中σ₁代表线性表面电导率，σ₃代表非线性表面电导率系数，|E|²为电场强度。

石墨烯的非线性电导率系数为

可见σ₃不仅是负的，而且是纯虚的，表明光在石墨烯的非线性影响下具有自聚焦效应。这种效应对电场具有很强的局域性，当光在石墨烯阵列中传输时，会形成深亚波长的模式分布。

将高低两种折射率不同的电介质交替排列，形成周期性对称分布。此结构可看成由两个布拉格光栅来形成法布里-珀罗腔，因此，当入射光的波长满足谐振条件时，透射光强等于入射光强。透射模的能量分布主要集中在结构的中心和电介质分界面上，从中心向两边延伸，光场能量呈指数衰减。