一種基于Mie諧振的光開關實現方法技術

本發明專利技術涉及一種基于Mie諧振的光開關實現方法，其包括以下過程：1)制作一Mie諧振光開關器件，具體是：選擇一固體基質，固體基質上周期性陣列嵌設有若干高介電陶瓷顆粒，高介電陶瓷顆粒是指介電常數大于80的陶瓷顆粒；2)根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時照射Mie諧振光開關器件，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態；其中，信號電磁波和調制電磁波的頻率與所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率相同。本發明專利技術可以廣泛用于全光信號處理中。

【技術實現步驟摘要】
一種基于Mie諧振的光開關實現方法
本專利技術涉及光電
，特別是關于一種基于Mie(米)諧振的光開關實現方法。
技術介紹
隨著科學技術與光電子工業的迅猛發展，人們對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。目前，信息處理系統采用光/電/光的數據交換模式，由于受到電路處理速度瓶頸的限制，處理系統難以實現更高的信息處理速度。如果采用全光數據模式，那么信息傳輸和處理的速度會達到光速量級。而全光信號處理技術，尤其是全光開關技術便成為實現全光數據模式的關鍵。全光開關是通過光來改變光的傳播特性(如強度、傳播方向、偏振狀態等)的器件。目前對全光開關的研究主要集中在通過材料的光學非線性(主要是三階非線性)效應來實現“光控光”，其過程的實質是通過光改變材料的基本結構(電子、分子、晶格等)，進而改變材料的光學性質。因此，這些過程的實現往往需要較高(遠高于信號)的驅動光功率(非線性閾值)，同時材料內部結構的改變和弛豫過程需要一定的響應時間(開啟和關閉時間)。開關閾值和響應速度一直是基于材料光學非線性的全光開關器件發展的兩個主要瓶頸。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種具有較低的開關閾值和較高的響應速度的基于Mie諧振的光開關實現方法。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：一種基于Mie諧振的光開關實現方法，其包括以下過程：1)制作一Mie諧振光開關器件，具體是：選擇一固體基質，固體基質上周期性陣列嵌設有若干高介電陶瓷顆粒，高介電陶瓷顆粒是指介電常數大于80的陶瓷顆粒；2)根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時照射Mie諧振光開關器件，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態；其中，信號電磁波和調制電磁波的頻率與所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率相同。所述2)中選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時照射Mie諧振光開關器件具體為：信號電磁波垂直固體基質照射高介電陶瓷顆粒，調制電磁波平行固體基質照射高介電陶瓷顆粒。所述固體基質采用介電常數低于5的各種塑料或特弗倫材料。所述高介電陶瓷顆粒的介電常數、尺寸和周期結構常數根據所要調控Mie諧振光開關器件的工作頻率，采用電磁波模擬軟件ComsolMultiphysics進行模擬計算獲得。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本專利技術根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時垂直照射Mie諧振光開關器件，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態；本專利技術利用介質基超材料諧振模態(米諧振)調制實現全光開關，本專利技術不涉及材料的非線性，并且調制電磁波與信號電磁波的強度在同一量級，因此，具有較低的開關閾值和較高的響應速度。2、本專利技術的基于Mie諧振的光開關通過調節高介電陶瓷顆粒的介電常數、尺寸和周期結構常數等參數可以調控Mie諧振光開關器件在不同的工作頻率處由關閉轉變為導通。本專利技術可以廣泛應用于全光信號處理中。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖；圖2是本專利技術只有一束信號電磁波照射的結構示意圖；圖3是本專利技術只有一束調制電磁波照射的結構示意圖；圖4是本專利技術信號電磁波與調制電磁波同時照射的結構示意圖；圖5是本專利技術信號電磁波通過Mie諧振光開關器件的透射參數S21曲線示意圖，其中，橫坐標為頻率，縱坐標為透射參數S21；圖6是本專利技術的信號電磁波和調制電磁波同時通過Mie諧振光開關器件時信號電磁波的透射參數S21曲線示意圖，其中，橫坐標為頻率，縱坐標為透射參數S21；圖7是本專利技術的僅有信號電磁波和同時有信號電磁波和調制電磁波通過Mie諧振光開關器件時信號電磁波的透射參數對比示意圖，其中，橫坐標為頻率，縱坐標為透射參數S21。具體實施方式以下結合附圖和實施例來對本專利技術進行詳細的描述。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本專利技術，它們不應該理解成對本專利技術的限制。本專利技術的基于Mie諧振的光開關實現方法，具體過程為：1、制作一Mie諧振光開關器件，具體過程：選擇一固體基質1，固體基質1上周期性陣列嵌設有若干高介電陶瓷顆粒2，高介電陶瓷顆粒2是指介電常數大于80的陶瓷顆粒。固體基質1可以采用介電常數低于5的各種塑料或特弗倫材料。高介電陶瓷顆粒2的各個參數確定過程為：根據所要調控Mie諧振光開關器件的工作頻率，可以使用電磁波模擬軟件ComsolMultiphysics對Mie諧振光開關進行模擬計算，通過模擬計算得到與Mie諧振光開關器件的工作頻率相對應的高介電陶瓷顆粒2的介電常數、尺寸和周期結構常數；其中，采用電磁波模擬軟件根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率對高介電陶瓷顆粒各個參數的確定過程為現有技術，在此不再贅述。2、根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時垂直照射光Mie諧振光開關器件，使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，實現了光開關的作用，其中，信號電磁波和調制電磁波的頻率與所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率相等：2.1)如圖2所示，信號電磁波垂直固體基質1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，當信號電磁波單獨照射在高介電陶瓷顆粒2，高介電陶瓷顆粒2就會強烈的反射和吸收信號電磁波，使信號電磁波無法通過高介電陶瓷顆粒2，即Mie諧振光開關器件處于關閉狀態。2.2)如圖3所示，調制電磁波平行固體基質1照射到高介電陶瓷顆粒2上，由于該設計參數條件下的高介電陶瓷顆粒2在工作頻率處有本征電諧振，當調制電磁波單獨照射高介電陶瓷顆粒2，高介電陶瓷顆粒2就會強烈的反射和吸收調制電磁波。2.3)如圖4所示，當信號電磁波與調制電磁波同時照射高介電陶瓷顆粒2，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒2產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒2產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用在工作頻率由電磁波無法透過高介電陶瓷顆粒2轉為電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒2，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態，實現了光開關的作用。下面通過具體實施例對本專利技術的基于Mie諧振的光開關實現方法進行詳細說明，本專利技術實施例中所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率為11.3GHz，即在11.3GHz處Mie諧振光開關器件具有開關效果。1、制作一Mie諧振光開關器件，具體過程為：根據所要調控Mie諧振光開關器件的工作頻率，首先使用電磁波模擬軟件ComsolMultiphysics對Mie諧振光開關進行模擬計算，由于需要實現在11.3GHz頻率處具有開關效果，通過電磁波模擬軟件計算得到高介電陶瓷顆粒2的介電常數為350，尺寸為2mm×2mm×0.9mm，周期結構常數為5mm，本實施例中的高介電陶瓷顆粒2采用鈦酸鍶(SrTiO3)陶瓷制備而成，具體為：利用高溫固相反應法合成鈦酸鍶粉體，將鈦酸鍶陶瓷粉體通過排膠和燒結得本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于Mie諧振的光開關實現方法，其包括以下過程：1)制作一Mie諧振光開關器件，具體是：選擇一固體基質，固體基質上周期性陣列嵌設有若干高介電陶瓷顆粒，高介電陶瓷顆粒是指介電常數大于80的陶瓷顆粒；2)根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時照射Mie諧振光開關器件，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態；其中，信號電磁波和調制電磁波的頻率與所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率相同。

【技術特征摘要】
1.一種基于Mie諧振的光開關實現方法，其包括以下過程：1)制作一Mie諧振光開關器件，具體是：選擇一固體基質，固體基質上周期性陣列嵌設有若干高介電陶瓷顆粒，高介電陶瓷顆粒是指介電常數大于80的陶瓷顆粒；2)根據所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率，選擇傳播方向相互垂直的信號電磁波和調制電磁波同時照射Mie諧振光開關器件，信號電磁波使高介電陶瓷顆粒產生磁諧振，調制電磁波使高介電陶瓷顆粒產生電諧振，磁諧振和電諧振的相互作用使信號電磁波能夠穿過高介電陶瓷顆粒，即Mie諧振光開關器件由關閉狀態轉為導通狀態；其中，信號電磁波和調制電磁波的頻率與所要調控的Mie諧振光開關器件的工作頻率相同。2.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周濟，劉曉明，趙乾，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11