[发明专利]一种基于非对称超表面的载流子色散型全光开关

权利要求书

1.一种基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其结构为周期排列的二维非对称半导体颗粒结构单元组成的超表面阵列；所述超表面阵列排列于衬底的表面上，或置于衬底的内部；所述半导体颗粒的材料在泵浦光波长处具有较强的载流子色散效应，在信号光波长处具有较高的折射率和较低的损耗；所述半导体颗粒构成材料和所述衬底构成材料的介电常数之间存在差异，以满足束缚态谐振模式激发。

2.根据权利要求1所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述二维非对称半导体颗粒结构单元在单个或多个对称标准下具有不对称性，并具有亚波长尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述半导体颗粒采用的半导体材料选自下述至少一种：Si、Ge、GaAs。

4.根据权利要求1所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述衬底的材料为对入射光透射较高、损耗较低的材料；所述入射光包括信号光和泵浦光；所述衬底的材料包括但不限于：高分子材料、介质材料以及其他固体材料。

5.根据权利要求1或2所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述结构单元设计为二维非对称半导体颗粒，其目的是实现当外部电磁波照射超表面时，结构单元内部或结构单元之间不同颗粒之间的多极模式耦合，激发非对称超表面的束缚模式，该模式对应于光谱中尖锐的特征频谱。

6.根据权利要求1或2所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述全光开关的特征频谱在信号光工作波长处对应着谐振峰(或谷)；

当光子能量大于半导体材料禁带宽度的泵浦光照射超表面时，半导体颗粒内部将产生大量的光生载流子，进而导致半导体颗粒的介电常数或折射率减小，使超表面的谐振波长发生偏移，通过该过程，泵浦光束可以完成对信号光束的通/断操控，实现以光控光的全光开关。

7.根据权利要求1或2所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：通过调整所述超表面中半导体颗粒的不对称度来调整所述全光开关特征频谱的尖锐程度；通过调整所述超表面中半导体颗粒的尺寸，把超表面的谐振波长调谐到期望的信号光工作波长处，可调范围可覆盖从射频到所使用半导体颗粒材料的禁带宽度所对应的光子波长之间的光波段。

8.根据权利要求1或2所述的基于非对称超表面的载流子色散型全光开关，其特征在于：所述超表面的特征频谱越尖锐，实现全光开关所需要的泵浦光强就越小，通过调整颗粒结构单元的不对称度来定制特征频谱的尖锐程度，来减小或定制合理的泵浦光强。