[实用新型]一种基于等离子体超表面单元的光学双稳态器件

说明书

本实用新型涉及等离子体超表面的技术领域，公开了一种基于等离子体超表面单元的光学双稳态器件，其包括至少一个等离子体超表面单元，至少一个等离子体超表面单元呈周期性排列并无缝拼接形成超表面；每个等离子体超表面单元均包括金属板，金属板设有亚波长通孔，亚波长通孔内嵌入非线性介质；解决了现有谐振器的光学厚度至少为工作波长的数量级或者输入信号必须很强的问题；本实用新型可以实现光学双稳态低阈值，并与器件的光学厚度无关，不会限制光学双稳态器件的应用与集成。

技术领域

本实用新型涉及等离子体超表面的技术领域，尤其是涉及一种基于等离子体超表面单元的光学双稳态器件。

背景技术

通常，仅仅当设备的光学厚度或输入光功率过大时才发生光学双稳态。光学双稳态是一种非线性光学现象，在光电子学和逻辑元件中具有潜在的应用，例如光学开关、光学存储器、光学晶体管、光学二极管和光学计算等。光学双稳态器件是利用物质的非线性光学特性而制成的一种新型光学器件，输入光在同一状态下,输出光可能有二个稳定的状态，在某一时刻光学双稳态器件究竟处于二个稳定状态中的哪一个状态，取决于器件的前一时刻的状态。

常规的光学双稳态设备由充满非线性介质的法布里-珀罗(FP)谐振器组成。为了能够维持适当的FP模式以提供放大输入信号的必要反馈机制，谐振器的光学厚度至少为工作波长的数量级，或者输入信号必须很强。这样的约束严重限制了光学双稳态器件的应用和集成。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于等离子体超表面单元的光学双稳态器件，可以实现光学双稳态低阈值，并与器件的光学厚度无关，不会限制光学双稳态器件的应用与集成。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于等离子体超表面单元的光学双稳态器件，包括至少一个等离子体超表面单元，所述至少一个等离子体超表面单元呈周期性排列并无缝拼接形成超表面；每个等离子体超表面单元均包括金属板，所述金属板设有亚波长通孔，所述亚波长通孔内嵌入非线性介质；所述亚波长通孔包括十字形通孔，所述十字形通孔由两个第一一字形通孔相互垂直交叉构成，所述十字形通孔的四个端部各连接有一类凸形通孔，四个所述类凸形通孔以所述十字形通孔的中心为旋转中心呈四重旋转对称设置；每个所述类凸形通孔均包括第二一字形通孔，所述第二一字形通孔的两端各连接有一直角形通孔，每个所述直角形通孔均与所述第二一字形通孔呈直角Z形连接，两个所述直角形通孔以所述第二一字形通孔的垂直中心线为对称轴呈轴对称；所述十字形通孔的端部与所述第二一字形通孔的中心垂直连接。

通过采用上述技术方案，通过将人工超材料中的改变过的表面等离子体激元(SP)共振与光学非线性相结合来减弱器件光学厚度至少为工作波长的数量级或者输入信号必须很强这种约束，实现双稳态低阈值，光学双稳性阈值基本与金属板1的厚度无关；物理过程受亚波长结构的形状共振决定，强烈增强了嵌入非线性材料的孔径内部的局部场。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述亚波长通孔的孔径为20μm或者15μm。

通过采用上述技术方案，可以影响器件的双稳态阈值场。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述非线性介质为Kerr非线性介质。

通过采用上述技术方案，通过将Kerr非线性介质嵌入到亚波长通孔中，可以为透射谱的强ε_d依赖性提供通过输入功率调制透射的能力。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述金属板的平面形状为正方形、长方形、圆形、椭圆形或者菱形。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一一字形通孔的长度为100μm。