[发明专利]一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪

说明书

本发明公开了一种基于纳米天线的马赫‑曾德尔干涉仪。该干涉仪包括下基板(1)、调制器(2)、双折射材料(3)、上基板(4)；所述调制器(2)位于下基板(1)上；所述双折射材料(3)填充于下基板(1)与上基板(4)之间，并包裹调制器(2)；所述调制器(2)的移相器(2‑1)为亚波长纳米天线(2‑2)阵列；光在通过纳米天线(2‑2)时，发生米氏共振，具有高前向散射率的同时获得相位延迟，该相位延迟量由双折射材料的折射率控制；通过调制所述双折射材料的折射率，实现干涉仪的输出强度调制。本发明相较于传统的马赫‑曾德尔干涉仪，调制效率更高，工作速度更快，且与CMOS工艺兼容，有利于器件的集成并节约成本。

技术领域

本发明涉及马赫-曾德尔干涉仪，具体涉及一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪。

背景技术

当前的光子集成电路中，光的传播是通过2×2光学模拟门网络来控制的。作为可编程光子集成电路的基本组件，2×2的光学门最常见的片上实现是马赫-曾德尔干涉仪；同时，光强的调制是由源于马赫-曾德而干涉仪的马赫-曾德尔调制器实现的。目前的马赫-曾德尔干涉仪的相位调制功能部分大都是通过热光材料实现的，即通过温度变化改变材料折射率，进而改变光通过材料发生的相位变化。

但是，基于热光材料的马赫-曾德尔干涉仪具有一定的缺陷：一方面，加热的过程需要的时间较多；另一方面，加热本身需要消耗较多的能量并会引入热串扰。因此，用于光计算等领域的可编程光子集成电路需要新的材料与技术来进一步提升其性能。尽管当前存在诸如铌酸锂等电光材料作为新的解决方案，但在工艺兼容以及小型化等方面仍无法满足需求。

光在具有一定的材料及几何参数特性的纳米天线中可发生米氏共振，提高光的前向散射率，因此一维纳米粒子链具有引导光波传输的功能。若纳米天线被液晶等双折射材料包裹，当双折射材料的折射率特性发生改变时，米氏共振引发的相位延迟量也会发生改变。因此通过电压调制双折射材料的折射率进而控制米氏共振，即可实现相位调制，最终实现干涉仪的输出强度调制。基于这一原理实现的马赫-曾德尔干涉仪可提升可编程光子集成电路的尺寸、速度、工艺兼容性等性能。

发明内容

技术问题：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪，基于光在纳米天线中的米氏共振现象，实现对光相位的动态调控，进而实现利于可编程光子集成电路小型化的马赫-曾德尔干涉仪。

技术方案：本发明的一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪包括下基板(1)、调制器、双折射材料、上基板；所述调制器位于下基板上；所述双折射材料填充于下基板与上基板之间，并包裹调制器；所述调制器的移相器为亚波长纳米天线阵列；光在通过纳米天线时，发生米氏共振，具有高前向散射率的同时获得相位延迟，该相位延迟量由双折射材料的折射率控制；通过调制所述双折射材料的折射率，实现干涉仪的输出强度调制。

所述纳米天线采用纳米球、纳米砖或纳米柱多种几何形态。

所述双折射材料采用液晶。

所述液晶可采用电驱动方式工作或采用光驱动方式工作。

所述下基板为像素化驱动电路。

所述移相器具有混合锥形耦合器，降低了该波导结构在传输过程中的损耗。

所述干涉仪用于调制输入光的强度。

所述干涉仪实现2×2光学门。

所述移相器具有混合锥形耦合器，降低了该波导结构在传输过程中的损耗。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：第一，基于米氏共振原理的相位调制方法具有较高的调制效率，可在较短的调制距离内获得所需的相位调制量，有利于可编程光子集成电路的小型化；第二，采用对外部偏置响应迅速的双折射材料，相较于传统的热光材料，器件的工作速度具有较大提升；最后，纳米天线的制作与现有CMOS工艺兼容，有利于降低制作成本。