[发明专利]基于可调控结构单元的超表面光开关

说明书

本发明基于可调控结构单元的超表面光开关属于微纳光电子技术领域；该超表面光开关由多个可调控结构单元周期性排列而成，每个所述可调控结构单元由基底层、天线和矩形块组成；所述基底层位于最下端，所述天线和矩形块同平面设置，且位于基底层上；所述基底层的形状为正方形，所述天线的形状为具有开口的等边三角环形，所述开口位于等边三角环形一条边的中间位置，所述矩形块位于所述开口处，所述正方形和等边三角环形中心重合；本发明基于可调控结构单元的超表面光开关，结构简单，通过改变相变材料的结晶化程度即可对不同波长光信号进行开关调制，且最高消光比可以达到10.1dB。

技术领域

本发明基于可调控结构单元的超表面光开关属于微纳光电子技术领域。

背景技术

超表面是由亚波长天线构成的阵列结构，能够对光的相位，振幅和偏振进行调制。由于该结构相较于超材料而言，具有尺寸小和损耗低等特点，因此超表面被应用在了不同的光子器件中，如吸收器、隐形时钟、特殊光束发生器、全息成像等。

在高速光通信系统中，光开关作为关键节点器件用于实现光交叉连接、光交换、光分插复用以及网络自愈保护等功能。目前，随着高度集成光开关器件的发展，光开关抗电磁干扰，响应速度快等特点的需求越来越明显，但现有光开关大多用于对单一波长光信号进行开关，开关波长不可调控，结构复杂且消光比较低。可见，实现开关波长可调控，结构简单且具有高消光比的光开关显得尤为重要。

发明内容

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于可调控结构单元的超表面光开关，该超表面光开关结构简单，通过改变相变材料的结晶化程度即可对不同波长光信号进行开关调制，且最高消光比可以达到10.1dB。

本发明的目的是这样实现的：

基于可调控结构单元的超表面光开关，由多个可调控结构单元周期性排列而成，每个所述可调控结构单元由基底层、天线和矩形块组成；所述基底层位于最下端，所述天线和矩形块同平面设置，且位于基底层上；所述基底层的形状为正方形，所述天线的形状为具有开口的等边三角环形，所述开口位于等边三角环形一条边的中间位置，所述矩形块位于所述开口处，所述正方形和等边三角环形中心重合。

上述基于可调控结构单元的超表面光开关，

所述基底层的尺寸为3μm×3μm×0.5μm；

所述天线的高度为D1=0.5μm，所述等边三角环形的外环边长为L1=1.7370～2.0844μm，内环边长L2=0.8685μm；

所述矩形块的高度为D2=0.5μm，长为H=2.7μm，宽为W=0.3～0.5μm。

进一步地，定义基底层、天线和矩形块的以下位置关系为参考位置：所述基底层所在平面为XOY平面，基底层的两组对边分别平行于X轴和Y轴，所述等边三角环形的开口平行于Y轴，所述矩形块长度方向平行于Y轴，其特征在于，所述天线和矩形块共同在XOY平面内，以正方形和等边三角环形中心重合为条件，实际位置相对参考位置的夹角为θ=0°～90°。

再进一步地，入射X方向线偏振光。

以上基于可调控结构单元的超表面光开关，所述基底层为CaF2材料，所述天线为Si材料，所述矩形块为GST相变材料，所述相变材料的结晶化程度为m=0～1。

有益效果：

第一，本发明基于可调控结构单元的超表面光开关，只包括基底层、开口等边三角环形天线、矩形块三个部件，相比于其他光开关，具有结构简单的技术优势。

第二，本发明基于可调控结构单元的超表面光开关，通过改变相变材料的结晶化程度即可对不同波长光信号进行开关调制，相比于其他光开关，具有可调控的技术优势。

第三，本发明基于可调控结构单元的超表面光开关，消光比可以达到10.1dB，相比于其他光开关，具有高消光比的技术优势。