[发明专利]一种可用于相位调制编码的非周期光子多层结构

说明书

本发明提供了一种可用于相位调制编码的非周期光子多层结构，属于相位调制编码器技术领域。非周期光子多层结构包括两个呈宇称‑时间对称分布的Thue‑Morse序列，Thue‑Morse序列S_N的迭代规则为：当N＝1时，S₂＝A，当N≥2时S_N＝S_N‑1(S_N‑1中的A由AB代替，S_N‑1中的B由BA代替)，A为第一电介质层；B为第二电介质层；其中下标N为序列的序数，第一电介质层和第二电介质层为两种折射率不等的均匀电介质薄片，Thue‑Morse序列中还存在两层石墨烯薄片，石墨烯薄片分别嵌入在相邻两个第二电介质层之间。本发明可形成相位跳变，以应用于数值编码。

技术领域

本发明属于相位调制编码器技术领域，涉及一种可用于相位调制编码的非周期光子多层结构。

背景技术

编码器是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。在光纤传感器中，可以利用相位调制技术将泵浦光和探测光的相位进行周期性快速编码。相位调制速度越快，相位调制技术的空间分辨率就越高，同时通过改变相位编码的宽度，可以使除零级相关峰外的相关峰在光纤中的位置发生移动，从而实现分布式测量。与调幅和调频编码技术相比，相位调制编码不存在空间分辨率和测量范围之间相互制约的问题，且通过改变相位编码的宽度，可实现相关峰在待测光纤中的扫描，进行分布式测量。

在进行相位调制编码的过程中，光波相位变化与材料的光学系统结构密切相关。宇称-时间(parity-time：PT)对称结构能够实现相位的规律性变化。PT对称的光学系统是一种特殊的非厄米结构，该结构可以增强共振。研究表明：不同方向入射到PT对称结构上的光波透射率极大值点和反射率的极小值点不重合；PT结构正、反向入射的光波有相同的透射特性，但其反射特性是不同的。反射系数相位在零反射点存在相位突变，反射的非互易性又使得左、右反向系数相位突变的位置不重合，这种效应可被应用于相位调制编码。非光子晶体比周期性和准周期性光子晶体有更多的缺陷腔和透射膜。因此，可以将PT对称和非周期光子晶体结合起来，实现多值相位编码。

石墨烯是一种超薄的二维材料，具有优良的导电性，其表面电导率可以通过化学势灵活调节。石墨烯嵌入到光子晶体中，反射率的零点位置会受到石墨烯的影响，因此可以通过石墨烯的化学势对反射系数的相位跳变位置进行调控，从而控制相位调制编码。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种可用于相位调制编码的非周期光子多层结构，本发明所要解决的技术问题是如何使多层结构形成反射系数的相位跳变，以应用于数值编码。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可用于相位调制编码的非周期光子多层结构，其特征在于，所述非周期光子多层结构包括两个对称分布的Thue-Morse序列，所述Thue-Morse序列S_N的迭代规则为：S₁＝A，N＝1；S₂＝AB，N＝2；S_N＝S_N-1(A→AB，B→BA)，N≥3，其中S_N-1中的A→AB表示A由AB代替，B→BA表示B由BA代替，N表示序列的序号，S_N表示序列的第N项；A为第一电介质层；B为第二电介质层；第一电介质层和第二电介质层为两种折射率不等的均匀电介质薄片，所述Thue-Morse序列中还存在一个石墨烯薄片层，所述石墨烯薄片层嵌入在相邻两个第二电介质层之间；

位于非周期光子多层结构对称中心一侧的第一电介质层称之为第一损耗电介质层，通光状态下的折射率表示为n_a；位于非周期光子多层结构对称中心另一侧的第一电介质层称之为第一增益电介质层，通光状态下的折射率表示为n_a'；与第一增益电介质层同侧的第二电介质层称之为第二增益电介质层，通光状态下的折射率表示为n_b；与第一损耗电介质层同侧的第二电介质层称之为第二损耗电介质层，通光状态下的折射率表示为n_b'；