[实用新型]基于谐振腔耦合金属波导结构全光等离子体开关

说明书

本实用新型公开一种基于谐振腔耦合金属波导结构全光等离子体开关，包括附着在绝缘介质上的金属层，以及镂空嵌设在金属层中的传输波导、谐振腔和共振波导；传输波导位于金属层的中部；该传输波导呈直条状，其两端分别延伸至金属层两对边的边缘；所述谐振腔位于传输波导的一侧；该谐振腔呈矩形；所述共振波导位于传输波导和谐振腔之间；该共振波导呈直条状，其一端与传输波导相连通，另一端与谐振腔相连通。当谐振腔为一个时，该结构呈现单端口开关或带阻滤波器特性，当谐振腔为两个以上时，该结构呈现双端口开关或多端口开关特性。本实用新型可获得较好的光学开关特性，并为未来的全光集成电路中的滤波器和光开关等领域都有良好的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及表面等离子体开关技术领域，具体涉及一种基于谐振腔耦合金属波导结构全光等离子体开关。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是指在金属表面存在的自由振动的电子与入射相同共振频率的光波相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波，使得SPPs电磁波束缚在金属表面并在垂直于金属表面的方向上呈指数形式衰减。由于SPPs具有良好的局域特性，并且能突破传统光学中的衍射极限。它可以通过改变金属等导体的表面结构、不同的金属材质或者填充不同的介质来控制光的激发和传播，使得纳米光学集成成为可能。

目前，基于SPPs的功能光学器件已经提出了绝缘体-金属-绝缘体(IMI)结构和金属-绝缘体-金属(MIM)波导两种结构。金属-绝缘体-金属(MIM)具有空间尺度受限、场空间局域增强等特点之外，MIM结构等离子体光波导还因为其具有强的电磁场局域特性，结构简单且易于集成等优点，在纳米集成光学器件方面有着极大的应用前景。因此，各种基于MIM结构等离子体光波导的光学器件应运而生，如MIM波导结构的Y型分束器、MZ干涉仪、布拉格反射器、光学缓冲器、环形谐振器、波分复用器以及滤波器等都先后被理论模拟或实验验证。

随着科技的发展，信息技术深刻影响和改变人类的生活方式。与此同时，对于高速信息传输及处理人们有了更高的要求。而这依赖于速度的提高，体积更小的信息处理系统。人们迫切期望能够找到一种可以携带更多数据容量，并且轻便高速的媒介来传输信息。表面等离子体开关具有许多优点，例如结构简单紧凑、尺寸小、不受衍射极限的限制、为电子回路与光子器件的兼容提供了可能等，在诸多领域，尤其光集成、光计算和光信息处理等领域，有广泛的应用前景。为此，陕西师范大学的Xiaoqiang Bana团队提出了基于耦合圆环形谐振腔等离子体波导的全光双向开关(Optics Communications，2017，10.1016/j.optcom.2017.06.040)，但该波导全光双向开关存在着工作范围较小，且工作时传输损耗较大的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有波导全光双向开关存在着工作范围较小，且工作时传输损耗较大的问题，提供一种基于谐振腔耦合金属波导结构全光等离子体开关。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

基于谐振腔耦合金属波导结构全光等离子体开关，包括附着在绝缘介质上的金属层，以及镂空嵌设在金属层中的传输波导、谐振腔和共振波导；所述传输波导位于金属层的中部；该传输波导呈直条状，其两端分别延伸至金属层两对边的边缘；所述谐振腔位于传输波导的一侧；该谐振腔呈矩形；所述共振波导位于传输波导和谐振腔之间；该共振波导呈直条状，其一端与传输波导相连通，另一端与谐振腔相连通。

上述方案中，传输波导和共振波导均为矩形；谐振腔为方形。

上述方案中，共振波导延伸方向的中线与传输波导延伸方向的中线垂直；谐振腔的一条对称中心线与共振波导延伸方向的中线重合，且谐振腔的另一条对称中心线与传输波导延伸方向的中线平行。

上述方案中，传输波导的宽度小于等于共振波导的宽度。