[发明专利]一种基于光波导单侧耦合微腔阵列的全光开关

说明书

本发明公开了一种基于光波导单侧耦合微腔阵列的全光开关，其结构为：三个非直接耦合的具有相同谐振频率的微腔分别与光波导耦合，并假定三个微腔具有相同的耗散系数k₀，耗散系数k₁和k₂分别选定为：k₁＝1，k₂＝25k₁，k₀＝6k₁，用作目标光信号，作控制光信号，当C2端无控制光输入时，能以0.72的透射率透过；当C2端有控制信号光输入时，的透射率降为0，即被完全阻挡，实现了光的开关功能。本发明是一种结构简单且能有效地实现对光的开关功能的干涉型光开关器件。本发明所讨论的理论模型，可在光子晶体中引入点缺陷和线缺陷来实现，也可用光纤与微盘或与微球耦合来实现。

技术领域

本发明属于腔量子电动力学技术领域，涉及一种全光开关，具体地说，涉及一种基于光波导单侧耦合微腔阵列的全光开关。

背景技术

全光开关不仅在经典全光网络中起着关键性的作用，而且在未来的量子计算机和量子通信网络中也扮演着重要的角色。因此，获得益于光网络集成的小体积、高开关速率、低消光比的全光光开关成为现今多个研究组的重点研究课题。例如由苏格兰圣安德鲁大学日前研制的基于定向耦合器的光开关成为目前世界上最小的光开关，并有望集成于CMOS电子元件中。在量子信息和量子计算领域中，相应的量子光开关技术更成为最前沿的研究热门,如目前由加州理工学院的两个小组分别采用束缚在微腔中的单个量子点来建立光子-光子相互作用的量子点光开关。

量子点与半导体纳米光学微腔耦合系统是近几年腔量子电动力学的研究热点。由于纳米固态微腔的可集成性和加之近几年纳米加工技术和半导体加工技术的进一步提高，人们可以设计制造出品质因子更高、模体积更小的微腔，这使基于量子点和半导体微腔耦合系统的腔量子电动力学方案成为实现量子计算机的最有前途的方案之一。有研究者已经用量子点和半导体微腔耦合系统实现了用于量子计算的逻辑门。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光波导单侧耦合微腔阵列的全光开关。首先用腔量子电动力学理论比较详细地分析了光波导单侧耦合微腔阵列系统的光学传输特性及其反射波与入射波的位相关系。随后，根据分析结果提出了一种全光光开结构模型。该光开关的特点是不仅能很好地实现光开关的功能，而且在所有微腔内都没有量子点，即裸腔，这点不同与现有的研究工作。最后，还详细地分析了信号光的透射率与微腔数目及微腔耗散系数的关系，这为进一步优化设计制造此类型光开关提供了理论依据和方法指导。

其具体技术方案为：

一种基于光波导单侧耦合微腔阵列的全光开关，其结构为：三个非直接耦合的具有相同谐振频率的微腔分别与光波导耦合，并假定三个微腔具有相同的耗散系数k₀，耗散系数k₁和k₂分别选定为：k₁＝1，k₂＝25k₁，k₀＝6k₁，用作目标光信号，作控制光信号，当C2端无控制光输入时，能以0.72的透射率透过；当C2端有控制信号光输入时，的透射率降为0，即被完全阻挡，实现了光的开关功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明是一种结构简单且能有效地实现对光的开关功能的干涉型光开关器件。本发明所讨论的理论模型，可在光子晶体中引入点缺陷和线缺陷来实现，也可用光纤与微盘或与微球耦合来实现。

附图说明

图1是模型单元图；

图2是系统的输出特性，其中图2(a)反射谱和图2(b)反射光相移；

图3是无控制光时透射谱；

图4是有控制光时透射谱；

图5是信号光透射率随微腔数目的变化；