[发明专利]一种基于非线性电磁感应透明现象的微波双稳态开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种双稳态开关，尤其是涉及一种基于非线性电磁感应透明现象的微波双稳态开关。

背景技术

光学双稳器件在高速光通信、光学图像处理、光存储、光学限幅器以及光学逻辑元件等方面有重要应用。因此在全光信息处理中，光学双稳态器件是不可或缺的。低阈值和高对比度一直是光学双稳态器件梦寐以求的。低阈值意味着可以降低能量需求，而高对比度可以使噪声对器件的干扰降低到最小。众所周知，场局域越大，材料的非线性系数越高，阈值越低。自然界中材料的非线性系数都比较小，只能通过增强场局域来降低双稳态的阈值，因此超小并且高品质因子的局域共振结构受青睐。

传统的全光双稳态开关通常由单个的局域共振结构构成。单个局域共振结构构造的全光双稳态开关优点虽然很多，但是开关对比度低。这是因为单个局域共振结构的透射谱线是对称的洛伦兹型谱线。透射最大和最小的频率点不会同时出现在共振频率(场局域强的频率)附近。如果获得较大的对比度，需要很高的输入能量，也就是需要高的阈值。如果采用非对称性谱线，比如电磁感应透明谱线，透射为零和透射为一的两个频率点可以同时出现在共振频率附近，并且二者可以靠得很近，只需要输入较低的功率，就可以使谱线发生移动，使透射为零的频率处，在非线性的作用下转为透射为一。

研究发现，利用微带线、金属细线和一个与金属细线耦合的开口谐振腔构成的人造三能级原子可以类比经典系统中的电磁感应透明现象(EIT)。电磁感应透明现象发生的条件为金属细线与谐振腔的共振频率相同。在EIT频率处，能量主要局域在开口谐振腔上。如果在开口谐振腔上加入非线性材料(变容二极管)，通过改变输入功率，来改变变容二极管上的场分布，进而改变谐振腔的共振频率，就可以使电磁感应现象谱线改变。从而实现低阈值高对比的双稳态开关。

目前电磁双稳态开关设计遇到的难题是阈值高，对比度低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小型化、无损衔接、工艺简单、成本低廉、低阈值、高对比度的基于非线性电磁感应透明现象的微波双稳态开关。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于非线性电磁感应透明现象的微波双稳态开关，包括：

介质板；

平面铜箔层，完整铺设在介质板的下表面；

粗线铜箔带，水平铺设在介质板的上表面；

细线铜箔带，垂直铺设在介质板的上表面，一端与粗线铜箔带垂直连接，另一端开路；

环状铜箔层，铺设在介质板上表面的中部，且与细线铜箔带呈耦合结构设置，与粗线铜箔带呈无耦合结构设置；

所述的环状铜箔层为一边设有狭缝的矩形环状铜箔层，狭缝中设有用于提供非线性的变容双稳态开关。

所述的介质板为聚四氟乙烯玻璃纤维制成的介质板。

所述的环状铜箔层最靠近细线铜箔带的一侧与细线铜箔带之间的距离在0～1mm之间，优选为0.2mm。

所述的环状铜箔层最靠近粗线铜箔带的一侧与粗线铜箔带之间的距离大于等于5mm，优选为6mm。

在输入功率小于-15dBm，设有变容双稳态开关的环状铜箔层的共振频率与细线铜箔带的共振频率相同。

所述的矩形环状铜箔层(6)的厚度为0.01～0.06mm，边长为6～10mm，线宽为0.2～1.0mm，狭缝的距离为0.2～1.0mm。

所述的介质板(4)的介电常数为2.2～10，板厚0.5～2mm，所述的平面铜箔层(9)的厚度为0.01～0.1mm。

所述的细线铜箔带(5)的长度为30～80mm，宽度为0.2～1.0mm。

所述的粗线铜箔带(8)长度为与介质板(4)长度相同，宽度为1～4mm。

介质板、平面铜箔层、一边有狭缝的环状铜箔层和加载在狭缝中的变容二极管构成开口环谐振腔，介质板、平面铜箔层、粗线铜箔带构成微带线，介质板、平面铜箔层、细线铜箔带构成金属细线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用加载变容二极管的开口环谐振腔，可以降低双稳态阈值；

2、利用微带线、金属细线以及与金属细线耦合的开口谐振腔构成的人造三能级原子，来类比经典系统中的电磁感应透明现象形成的非对称谱线，可以提高对比度；

3、可用于非线性器件中，并且便于集成，这种设计思路也有望用于未来的等离子体电路中；

4、本发明工艺简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的开关应用时的连接结构示意图；