[发明专利]一种Octonacci序列光子多层与石墨烯的复合结构

说明书

本发明涉及光逻辑器领域，具体提供了一种Octonacci序列光子多层与石墨烯的复合结构Octonacci序列光子多层和石墨烯层，所述Octonacci序列光子多层为两种折射率不同的电介质薄片，所述石墨烯层位于局域电场最强的位置，本发明将两种折射率不同的电介质薄片和石墨烯依次逐层堆叠，使电介质薄片满足Octonacci序列规则，从而得到一种准周期光子多层与石墨烯的复合结构。此结构中存在多个彼此独立的光学分形态，分形态对应的电场具有局域作用，而石墨烯所处位置的局域电场最强，因此石墨烯的三阶非线性效应得到极大地增强，进而实现低阈值光学双稳态。

技术领域

本发明涉及光逻辑器领域，具体而言，涉及一种Octonacci序列光子多层与石墨烯的复合结构。

背景技术

在全光通信中，需要在全光域内对信息进行处理。这就需要大力发展光控光的全光器件，而基于光学双稳态的光逻辑器便是其中重要的一类。

光学双稳态是基于材料光克尔效应一种三阶非线性光学效应。当入射光足够强时，一个输入光强值可以对应着两个不同的输出光强值，即一个入射光强可以引发两个稳定的共振输出态。当把光学双稳态应用于光逻辑器时，双稳态的上、下阈值分别对应着光逻辑器的逻辑1和逻辑0。阈值越大，触发光逻辑门所需的光强就越大。器件功率越大，则对器件控制的稳定性和散热处理的要求就越高。另外，阈值间隔越小，逻辑1和0的区分度就越小，则误判率就越大。因此，对光学双稳态器件的研究主要集中如何通过新材料和新结构来降低光学双稳态的阈值，以及增大上、下阈值间隔。

要实现低阈值的光学双稳态，一方面，可利用具有较大的三阶非线性系数的材料来实现低阈值的光学双稳态，另一方面，因为光克尔效应正比于局域电场，故可以通过优化系统结构来增强局域电场，从而增强材料的三阶非线性效应。

石墨烯作为一种新兴的超薄二维材料，具有优良的导电性，且其表面电导率可以通过石墨烯的化学势来灵活调节。重要的是，石墨烯具有可观的三阶光学非线性系数。可以利用石墨烯的表面等离子体来增强石墨烯的局域电场；缺陷模的模场能量主要分布在缺陷层中，在缺陷层中嵌入非线性材料，则可极大的增强材料的非线性效应，故也可将石墨烯嵌入到光子晶体的缺陷层中来增强其非线性效应。

将两种折射率不同的电介质在空间上交替排列，形成周期性结构，便可构成光子晶体。在光子晶体的波矢空间，光波具有类似于半导体中电子能带的光子能带结构。处于带隙内的光波会无透射地被全部反射回来。将光子晶体截断，形成有限长的光子多层，光子多层中也存在光子带隙结构。如果在光子晶体中引入缺陷层，透射谱中会出现透射模。透射模对电场具有较强的局域性，常被用于增强材料的三阶非线性。而准光子晶体或非周期光子晶体中，存在天然的缺陷层，且缺陷模的数量随着序列序号的增加呈现几何级数地增加，故准光子晶体或非周期光子晶体是可被应用电场局域性的天然结构。

可将石墨烯和准光子晶体复合，如将石墨烯嵌入到Thue-Morse序列光子多层中，可以实现低阈值的光学双稳态。Thue-Morse序列在数学上是一种准周期序列。将两种折射率不同的电介质薄片按Thue-Morse序列规则排列，便可形成准周期光子多层。基于Thue-Morse序列光子多层中具有多个缺陷腔，且同一个缺陷腔中又存在多个缺陷模，即共振透射模，将这些共振模叫Thue-Morse序列光子多层的光学分形共振态，且随着序列号的增加，多层结构中电介质层数相应地增加，光子多层中透射谱中的透射模呈几何级数分裂。利用这些分形态对电场的局域性实现光学双稳态，光学双稳态的阈值约为GW/cm2(吉瓦每平方厘米)，但是，能否知道另外的准周期光子晶体和石墨烯的复合结构，从而进一步降低光学双稳态的阈值，成为了本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种Octonacci序列光子多层与石墨烯的复合结构，以解决相关技术中的问题。