[发明专利]非线性金属包覆波导及其全光调制光开关实现装置

说明书

本发明公开了非线性金属包覆波导，包括金属耦合层、导波层、衬底层，所述金属耦合层设置于所述导波层的上方，所述衬底层设置于所述导波层的下方。本发明提出的非线性金属包覆波导以及全光调制光开关实现装置，利用波导结构的超高灵敏度、高品质因子和场增强效应，降低非线性材料的激光阈值，从而实现导波层折射率的光强调制，而导模的耦合效率与导波层折射率密切相关，其灵敏度高达10^‑5，因此通过光强的调节可以实现特定波长的激光的完全耦合或者不耦合，从而实现光开关的功能，利用波导结构可以降低传统非线性光学器件的激发阈值，可以实现对单频激光的开关，多频激光的选频等一系列功能。

技术领域

本发明涉及非线性金属包覆波导及其全光调制光开关实现装置，属于光子信息技术和非线性光学器件微加工技术领域。

背景技术

光子学的发展分成两个阶段：微米光子学阶段和纳米光子学阶段。其中纳米光子学阶段的技术是“以光控光”的纳米光子技术，但如何实现这一技术是一大难题。光子不带电，无法直接实现光子间的相互控制，只有通过光与非线性介质的相互作用改变介质的参数来间接地实现“以光控光”。基于非线性光学原理的全光调制光开关就是以光控光的光子器件。

而双面金属包覆波导，具有如下特点：

(1)自由空间耦合技术：如果用准直激光直接照射双面金属包覆波导表面，满足波矢匹配条件(即入射光波矢的切向分量与导模的传播常数一致)，就可以激发对应的双面金属包覆波导超高阶导模，光能量耦合进波导内，这时反射光反射率会出现极小值，数值上小于0.1。如果不满足波失匹配条件，光能量无法耦合进波导内，反射率接近1；

(2)超高阶导模模式密度高：在一定角度范围内，相邻模式之间的波失差异可以认为是恒定的；

(3)偏振无关特性：TE模式和TM模式耦合效率相同。

开光功率是指驱动开光动作的最低功率。现有技术中一般非线性材料，需要很高的激光功率才能激发。并且完美的全光调制光开关要求具有比信号功率低且是毫瓦以下的低开关功率和达到纳秒以下的高开关速度，而由于现有技术的不足，所以至今没有研究出实用性很强的全关开关。

发明内容

本发明分析利用双面金属包覆波导的波导腔的导模共振，可以用很低的激光来激发非线性效率即低光功率下就可以输出的特点，因此本发明设计了非线性金属包覆波导，该非线性金属包覆波导构造简单、使用方便，其超高阶导模模式密度高这一特点，并且金属波导从反射率上无法分别进入TE模式和TM模式，这一特性提高了开关的适用性。

为解决现有技术中的不足，本发明提供了非线性金属包覆波导的全光调制光开关实现装置。本发明操作简单，容易实现，该光开关结构易制备、成本低、品质因子高和开关功率低，解决了目前全光调制光开关器件昂贵，操作步骤繁琐，开光功率高等问题。

本发明采用如下技术方案：非线性金属包覆波导，其特征在于，包括金属耦合层、导波层、衬底层，所述金属耦合层设置于所述导波层的上方，所述衬底层设置于所述导波层的下方，所述导波层采用透明压电陶瓷材料制成。

作为一种较佳的实施例，金属耦合层采用磁控溅射的方法溅射在导波层的上表面形成磁控镀膜；衬底层采用蒸发镀膜的方法在所述导波层的下表面形成蒸发镀膜。

作为一种较佳的实施例，金属耦合层的厚度约为40nm左右，导波层的厚度约为1mm左右，衬底层的厚度大于200nm。

作为一种较佳的实施例，金属耦合层和衬底层的材质为金。

作为一种较佳的实施例，导波层为至少包含一层非线性材料的多层结构。

作为一种较佳的实施例，非线性材料包括但不限于以下所列各项中的一项或多项：铌酸锂晶体、有机聚合物。