[实用新型]一种基于SPPs‑CDEW混合模式的全光二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学信号传输、集成光回路、超分辨率光刻、光计算机等相关领域，具体为一种基于SPPs-CDEW混合模式的全光二极管。

背景技术

集成光子回路上最基本的光子器件就是全光二极管。与半导体二极管相比，光二极管存储和处理信息的速度快的多，将来采用可进行“非互易传输”（unidirectional nonreciprocal transmission）光二极管制造的光学计算机，不仅处理速度更快，稳定性也更高。

目前，已开发出多种结构的光二极管。有基于光子晶体来实现光信号的非互易导通（nonreciprocal transmission），即光二极管效应：如一种基于三明治非线性布拉格光栅结构的全光孤子二极管、通过一维光子晶体与有损的金属薄膜构成的异质结构中的光隧穿行行为设计高效的光二极管、一种基于六角格子光子晶体波导微腔和Fabry-Perot（FP）腔非对称耦合的全光二极管结构等等，但以上基于光子晶体设计的光二极管，由于光子晶体是通过人工制造折射率周期性变化的微观结构，因而其制造工艺比较复杂，精度要求较高，结构实现较困难。也有基于磁性物质来实现非互易导通的光二极管的设计：如利用磁光效应和光共振效应，实验上得到了基于单向光学共振器的单片集成光隔离器，即光二极管、金薄膜的光栅附着在金属氧化物反铁磁基底上，利用反铁磁性对于光的时间反演不变性，来实现光的单向性、基于非线性光学效应实现单向性的光二极管的设计等等。然而以上设计的全光二极管在总的性能参数如光强阈值、消光比、工作带宽和最大透射率等方面或多或少有所不足。本实用新型专利的目的是设计结构简单，宽带工作，耦合效率高，易于集成的光二极管。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于SPPs-CDEW混合模式的全光二极管，有效增强单向投射性，提高耦合效率。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于SPPs-CDEW混合模式的全光二极管，包括并排设置的第一银膜和第二银膜，第一银膜和第二银膜之间有间隙，该间隙为单狭缝；第一银膜的上表面刻蚀有多条第一上表面凹槽，第二银膜的上表面刻蚀有数量与第一上表面凹槽数量相同的第二上表面凹槽，第一银膜的下表面刻蚀有数量为第一上表面凹槽数量加1的第一下表面凹槽，第二银膜的下表面刻蚀有数量与第一下表面凹槽数量相同的第二下表面凹槽；第一上表面凹槽和第一下表面凹槽错位设置，第二上表面凹槽和第二下表面凹槽错位设置；第一上表面凹槽和第二上表面凹槽相对于单狭缝对称设置，第一下表面凹槽和第二下表面凹槽相对于单狭缝对称设置。

本实用新型全光二极管在银膜两个表面都刻蚀对称的凹槽对结构，并且上下两表面的凹槽离单缝的距离位置非对称错开，利用SPPs（表面等离极化激元）在金属银膜上下两个表面不同的亚波长多凹槽单缝结构来实现增强和削弱投射的单向性传输，TM平面波从一侧入射，另一侧出射，随着缝槽激发的SPPs的影响，在入射方向此结构对光有投射增强现象，而在相反方向上却有抑制投射的作用，表现出单向传输效应，达到单向通透的效果。最大消光比可达到38.3dB，即正向透射率是反向透射率的6761倍。且设计结构简单、宽带工作、耦合效率高、易于集成。

本实用新型具有如下优点：

1）在银膜上下表面刻凹槽，且凹槽上下不对称，左右对称，结构简单，易于集成。

2）通过平面光透过单狭缝，并两边刻凹槽能够激发于SPPs-CDEW（表面等离极化激元—复合衍射衰逝波）混合模式，使光二极管处理速度快，单向透过率高。

3）通过SPPs-CDEW混合模式的光二极管设计，宽带工作，耦合效率高，且易于集成应用。

附图说明

图1是本实用新型全光二极管一种实施例的示意图。

图2是光照射到图1所示全光二极管上时，该全光二极管的SPPs激发原理图。

图3是SPPs-CDEW混合模式随缝槽间距d周期变化的规约化远场透射谱。

图4是单狭缝-对称多凹槽结构，随两侧对称凹槽对数n增加得到的正向增强透射谱图。

图5是单狭缝-对称多凹槽结构，随两侧对称凹槽对数n增加得到的反向增强透射谱图。

图6是入射光波长850nm时，消光比随对称凹槽对数n增加的变化曲线图。

图1中：1.第一银膜，2.第一上表面凹槽，3.单狭缝，4.第二上表面凹槽， 5.第二银膜，6.第一下表面凹槽，7.第二下表面凹槽。

具体实施方式