一種基于Mie諧振的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于Mie (米)諧振的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)與光電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)信息傳輸和處理速度的要求不斷提高，這就迫切需要速度更高的信息處理系統(tǒng)。
[0003]目前，信息處理系統(tǒng)采用光/電/光的數(shù)據(jù)交換模式，由于受到電路處理速度瓶頸的限制，處理系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)更高的信息處理速度。如果采用全光數(shù)據(jù)模式，那么信息傳輸和處理的速度會(huì)達(dá)到光速量級(jí)。而全光信號(hào)處理技術(shù)，尤其是全光開關(guān)技術(shù)便成為實(shí)現(xiàn)全光數(shù)據(jù)模式的關(guān)鍵。全光開關(guān)是通過光來改變光的傳播特性(如強(qiáng)度、傳播方向、偏振狀態(tài)等)的器件。目前對(duì)全光開關(guān)的研宄主要集中在通過材料的光學(xué)非線性(主要是三階非線性)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)“光控光”，其過程的實(shí)質(zhì)是通過光改變材料的基本結(jié)構(gòu)(電子、分子、晶格等)，進(jìn)而改變材料的光學(xué)性質(zhì)。因此，這些過程的實(shí)現(xiàn)往往需要較高(遠(yuǎn)高于信號(hào))的驅(qū)動(dòng)光功率(非線性閾值)，同時(shí)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變和弛豫過程需要一定的響應(yīng)時(shí)間(開啟和關(guān)閉時(shí)間)。開關(guān)閾值和響應(yīng)速度一直是基于材料光學(xué)非線性的全光開關(guān)器件發(fā)展的兩個(gè)主要瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有較低的開關(guān)閾值和較高的響應(yīng)速度的基于Mie諧振的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于Mie諧振的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下過程:1)制作一 Mie諧振光開關(guān)器件，具體是:選擇一固體基質(zhì)，固體基質(zhì)上周期性陣列嵌設(shè)有若干高介電陶瓷顆粒，高介電陶瓷顆粒是指介電常數(shù)大于80的陶瓷顆粒；2)根據(jù)所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波同時(shí)照射Mie諧振光開關(guān)器件，信號(hào)電磁波使高介電陶瓷顆粒產(chǎn)生磁諧振，調(diào)制電磁波使高介電陶瓷顆粒產(chǎn)生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號(hào)電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關(guān)器件由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)；其中，信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波的頻率與所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率相同。
[0006]所述2)中選擇傳播方向相互垂直的信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波同時(shí)照射Mie諧振光開關(guān)器件具體為:信號(hào)電磁波垂直固體基質(zhì)照射高介電陶瓷顆粒，調(diào)制電磁波平行固體基質(zhì)照射高介電陶瓷顆粒。
[0007]所述固體基質(zhì)采用介電常數(shù)低于5的各種塑料或特弗倫材料。
[0008]所述高介電陶瓷顆粒的介電常數(shù)、尺寸和周期結(jié)構(gòu)常數(shù)根據(jù)所要調(diào)控Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率，采用電磁波模擬軟件Comsol Multiphysics進(jìn)行模擬計(jì)算獲得。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明根據(jù)所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波同時(shí)垂直照射Mie諧振光開關(guān)器件，信號(hào)電磁波使高介電陶瓷顆粒產(chǎn)生磁諧振，調(diào)制電磁波使高介電陶瓷顆粒產(chǎn)生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號(hào)電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關(guān)器件由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)；本發(fā)明利用介質(zhì)基超材料諧振模態(tài)(米諧振)調(diào)制實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)，本發(fā)明不涉及材料的非線性，并且調(diào)制電磁波與信號(hào)電磁波的強(qiáng)度在同一量級(jí)，因此，具有較低的開關(guān)閾值和較高的響應(yīng)速度。2、本發(fā)明的基于Mie諧振的光開關(guān)通過調(diào)節(jié)高介電陶瓷顆粒的介電常數(shù)、尺寸和周期結(jié)構(gòu)常數(shù)等參數(shù)可以調(diào)控Mie諧振光開關(guān)器件在不同的工作頻率處由關(guān)閉轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于全光信號(hào)處理中。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明只有一束信號(hào)電磁波照射的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明只有一束調(diào)制電磁波照射的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明信號(hào)電磁波與調(diào)制電磁波同時(shí)照射的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是本發(fā)明信號(hào)電磁波通過Mie諧振光開關(guān)器件的透射參數(shù)S21曲線示意圖，其中，橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為透射參數(shù)S21;
[0015]圖6是本發(fā)明的信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波同時(shí)通過Mie諧振光開關(guān)器件時(shí)信號(hào)電磁波的透射參數(shù)S21曲線示意圖，其中，橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為透射參數(shù)S 21;
[0016]圖7是本發(fā)明的僅有信號(hào)電磁波和同時(shí)有信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波通過Mie諧振光開關(guān)器件時(shí)信號(hào)電磁波的透射參數(shù)對(duì)比示意圖，其中，橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為透射參數(shù)
S21 O
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0018]本發(fā)明的基于Mie諧振的光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，具體過程為:
[0019]1、制作一 Mie諧振光開關(guān)器件，具體過程:選擇一固體基質(zhì)1，固體基質(zhì)I上周期性陣列嵌設(shè)有若干高介電陶瓷顆粒2，高介電陶瓷顆粒2是指介電常數(shù)大于80的陶瓷顆粒。
[0020]固體基質(zhì)I可以采用介電常數(shù)低于5的各種塑料或特弗倫材料。
[0021]高介電陶瓷顆粒2的各個(gè)參數(shù)確定過程為:根據(jù)所要調(diào)控Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率，可以使用電磁波模擬軟件Comsol Multiphysics對(duì)Mie諧振光開關(guān)進(jìn)行模擬計(jì)算，通過模擬計(jì)算得到與Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率相對(duì)應(yīng)的高介電陶瓷顆粒2的介電常數(shù)、尺寸和周期結(jié)構(gòu)常數(shù)；其中，采用電磁波模擬軟件根據(jù)所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率對(duì)高介電陶瓷顆粒各個(gè)參數(shù)的確定過程為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0022]2、根據(jù)所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波同時(shí)垂直照射光Mie諧振光開關(guān)器件，使信號(hào)電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，實(shí)現(xiàn)了光開關(guān)的作用，其中，信號(hào)電磁波和調(diào)制電磁波的頻率與所要調(diào)控的Mie諧振光開關(guān)器件的工作頻率相等:
[0023]2.1)如圖2所示，信號(hào)電磁波垂直固體基質(zhì)I照射到高介電陶瓷顆粒2上，由于高介電陶瓷顆粒2在工作頻率處有本征磁諧振，當(dāng)信號(hào)電磁波單獨(dú)照射在高介電陶瓷顆粒2，高介電陶瓷顆粒2就會(huì)強(qiáng)烈的反射和吸收信號(hào)電磁波，使信號(hào)電磁波無法通過高介電陶瓷顆粒2，即Mie諧振光開關(guān)器件處