[发明专利]一种全光二极管可控单向光传输装置及方法

说明书

本发明公开一种全光二极管可控单向光传输装置及方法。所述装置包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、非对称光子晶体微腔‑波导结构。本发明借助光子晶体微腔左右两侧的光子晶体波导在长度上的显著差异，使得在相同的超短脉冲泵浦条件下，微腔内信号光、超短脉冲泵浦光、以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用发生变化，并显著影响透射光的动态演化过程。因此，通过精细调节脉冲泵浦光相对于信号光的延迟发射时间，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的双稳态，从而可以在微腔整个非线性双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的可控单向光传输。

技术领域

本发明涉及微纳光子学领域，特别涉及基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置和方法。

背景技术

全光二极管是一种重要的微纳光学器件，其目的是实现光的非互易传输，即允许光仅沿着一个方向传输，而相反方向的光传输则被抑止。这与具有p-n结的电子二极管的单向传输效应非常类似，因而在全光计算、激光技术、全光信息处理等领域具有广泛的应用前景。

打破光传输的时间反演对称性是实现全光二极管的关键。目前，人们已经提出了许多不同的实现光非互易传输的机制和方法，例如使用超材料、可调液晶、磁光材料、不可逆损耗、非线性谐波产生等。其中，基于磁光效应的非互易光传输是研究得最早、最广泛的，但是由于它需要外加强磁场以及在制作工艺上无法与标准的硅(Si)基CMOS工艺相匹配，因此很难适用于如今高度集成的光子芯片。而基于非线性光学效应的非互易光传输则不需要外加强磁场，而是借助非线性光学效应对微腔折射率进行非对称调控，从而实现光的非互易传输。这种方式能够实现全光操控，而且适合于半导体CMOS工艺的光子芯片集成，是当前非互易光传输研究的主流方式。

为实现超高的非互易光传输对比度(定义为在相同条件下的正向和反向传输时的透射率之比)，采用Fano微腔-波导结构是一种较为理想的解决方案，其典型特征是Fano透射谱线具有明显的不对称性，并且从谱线的谷值(透射率为0)到峰值有着尖锐的突变。然而，所有Fano型光二极管的工作带宽都极小(不超过0.005nm)，而且需要用到多个特殊设计的微腔，这些限制了其实际应用。因此，寻找一种仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作宽的非互易光传输方法是十分重要和关键的。

另一方面，在全光信号处理和光计算中，我们有时需要光二极管的导通方向可以反转(即既可以实现信号光的正向导通，又可根据需要将其切换为反向导通)，并且这种反转是可控的，这显然比单一导通方向的光二极管的设计更具挑战性，将十分有利于光子系统的集成与应用。近来，Miroshnichenko等人利用含有液晶材料的周期性结构、李潮等人利用两个级联微腔多稳态间的可控光子跃迁分别实现了可控的光二极管导通方向反转。然而，当前几乎所有的全光二极管只能对不同的波段的信号光实现导通方向反转，而不能对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。显然，后者在全光信号处理中是十分重要的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置，仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作带宽，并对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。

本发明的另一目的在于提供上述基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种全光二极管可控单向光传输装置，其包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔-波导结构；

所述非对称光子晶体微腔-波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2-6倍；