[发明专利]基于液芯金属波导和磁流体的光控光开关

说明书

技术领域

本发明属于激光和纳米材料技术领域，具体涉及一种基于液芯金属波导和磁流体的光控光开关。

背景技术

光开关是光纤通讯系统的重要光学器件之一，具有一个或者多个可选择的传输口，可对光传输线路或者集成光路中的光信号进行互相转换或者逻辑操作。光开关主要分为机械光开关和固体光开关两大类，其中，机械式光开关主要依靠光纤或光学元件的移动，随着技术的发展，基于MEMS工艺的光开关已经成为主流，出现了很多成熟的产品，例如AT&T公司的WaveStar Lamda Router全光波长路由系统，其光交叉连接系统可实现256×256的交叉连接，采用体硅工艺制成。和机械式光开关相比，非机械开关依靠物理效应来改变波导折射率，使光路发生改变，完成开关功能，具有时间短，体积小，便于集成等优点。其中，现有的全光开关无需经过电光转换，但是需要用非线性光学方法实现以光控制光，这些非线性效应包括光克尔效应、二相色性、自聚焦效应、倍频、四波混频等等。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于液芯金属波导和磁流体的光控光开关。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。

一种基于液芯金属波导和磁流体的光控光开关，包括激光器和液芯金属波导结构，所述激光器包括控制激光器和探测激光器；所述液芯金属波导结构包括金属耦合层、表层玻璃片、样品室、金属衬底层和衬底玻璃片，所述金属耦合层沉积在所述表层玻璃片上，所述金属衬底层沉积在所述衬底玻璃片上，所述样品室设置在所述表层玻璃片和所述金属衬底层之间，所述样品室注有纳米磁流体；所述控制激光器输出的激光束和所述探测激光器输出的激光束分别通过各自的校准光路后，入射到所述金属耦合层的同一点上。

进一步地，所述表层玻璃片和所述金属衬底层之间设置有一玻璃板，所述样品室为所述玻璃板上设置的圆形孔，所述玻璃板的侧壁上设置有与所述样品室相连通的进样通道，所述表层玻璃片、衬底玻璃片和玻璃板通过光胶粘接成一体，纳米磁流体可通过所述进样通道注入到样品室。

进一步地，所述控制激光器的功率大于所述探测激光器的功率。

进一步地，所述控制激光器的波长为860nm，所述探测激光器的波长为650nm。

进一步地，所述控制激光器输出的激光束和所述探测激光器输出的激光束均以自由空间耦合的方式聚焦入射在反射谱线的共振吸收峰的下降沿的中心位置。

进一步地，所述金属耦合层和所述金属衬底层由金或银制成。

进一步地，在光频范围内，所述金属耦合层和所述金属衬底层的介电常数实部ε_r＜-8.0，其介电常数虚部ε_i＜15.0。

进一步地，所述金属耦合层的厚度为20-40nm，所述金属衬底层的厚度≥200nm，所述样品室的厚度为0.7mm。

进一步地，所述表层玻璃片和所述衬底玻璃片的折射率均为1.507。

进一步地，所述表层玻璃片的厚度为0.3mm，所述衬底玻璃片的厚度为1mm。

本发明的有益效果是：本发明所提供的光控光开关属于非机械式的全光光开关，并且是不基于非线性效应的全光开关。和非线性全光光开关相比，本发明用来控制的光不需要达到足以激发非线性效应的高功率，具有低能耗的优点。发明的光控光开关容易制造、体积小、调制性强、响应时间短。

附图说明

图1为本发明基于液芯金属波导和磁流体的光控光开关的结构示意图。

图2为本发明的液芯金属波导结构的结构分解示意图。

图3为本发明的液芯金属波导结构的平面图。

图4为本发明的液芯金属波导的反射率谱线的数值仿真图。

图5为仿真实验时反复开关激光所观察到的反射率变化图。

图6为实施例1得到的通过调整控制激光的强度对探测激光进行调制时探测激光的光强变化图。

图7为实施例2得到的通过开关控制激光对探测激光进行光控开关时探测激光的反射率和横向位移图。

图中，10-液芯金属波导结构，11-衬底玻璃片，12-金属衬底层，13-玻璃板，14-样品室，15-进样通道，16-表层玻璃片，17-金属耦合层，18-导波层，19-磁流体层，20-θ/2θ倍角转台，30-控制激光器，31-光强衰减器，32-准直光路，33-分束器，34-波长计，40-探测激光器，41-准直光路，51-第一探测器，52-第二探测器，61-入射光，62-反射光。

具体实施方式