一种可调谐温度双稳光开关制造技术

本发明专利技术涉及一种可调谐温度双稳光开关。它是由光学介质层A、B和D三种光学介质层排列叠合成多层光学介质层组合结构，该多层光学介质层组合结构沿正交入射的输入光束前进的方向依次为周期性交替结构光学介质层A和B、光学介质层D及周期性交替结构光学介质层B和A，光学介质层D左右两侧的周期性交替结构的周期数相等，光学介质层D为克尔介质，光学介质层A和B为温度敏感的具有不同折射率的光学薄膜介质，且介质层A和B的光学厚度均为l0/4（l0为中心波长），入射光强度大于阈值光强。本发明专利技术温度双稳光开关具有温度双稳区间可灵活细调和粗调的突出优点，且光开关对比度高，开关响应时间快，在光开关中有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种可调谐温度双稳光开关，一种具有动态可调谐特性的高性能温度双稳光开关，在光开关领域有重要的应用价值。
技术介绍
光子晶体是一种与波长具有相同量级的周期性人工介电结构，由Yablonovitch和John在1987年首次分别独立提出。其最基本特征是光子带隙和光子局域，在激光器、滤波器、光开关等众多领域有广泛的应用。其中的一维光子晶体具有结构简单、容易实现、易于集成和插入损耗小等优点成为如今研究最为广泛和实际应用的光子晶体。近年来基于一维光子晶体结构的光开关已有相关开展。在先技术[1](参见JournalofOptics,2012,14(6),065003)基于(HL)N结构的一维光子晶体,其中H为半导体材料，L为Kerr非线性介质材料，利用光致带隙移动原理设计了一种全关开关。在先技术[2](参见JournalofAppliedPhysics,2009,106(8),083102)基于(AB)ND(BA)N结构的一维光子晶体，其中A和B为常规线性介质（B介质为空气），D为克尔（Kerr）非线性介质，利用光致缺陷模移动原理设计了一种高效的全光开关。上述在先技术[1]和[2]设计的全光开关不是光双稳器件，不具有双稳态特性。在光双稳开关器件方面，在先技术[3](参见发光学报,2005,25(6),620-624)基于自散焦材料CdSxSe1-x玻璃，采用折射率呈正弦周期调制波导形式的一维光子晶体结构，实现了光双稳开关器件。在先技术[4](参见OpticsCommunications,2005,256(4),305-309)制备了VO2薄膜，实现了具有34℃的转变温度的光双稳开关特性。虽然该在先技术[3]和[4]属于光双稳开关器件，但该双稳开关不具有光开关特性参数，如转变温度、开关对比度等的可调谐特性，不利于实际灵活应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服在先技术的不足，提供一种可调谐温度双稳光开关，方法简单、易于实现、光开关性能优异。为达到上述目的，本专利技术的构思是：本专利技术针对含较快响应时间的非线性克尔（Kerr）介质及周期性高低折射率介质为温敏材料的一维光子晶体结构，基于非线性光谱响应导致的大于阈值光强时温度与透射率之间的多值特征原理，实现温度双稳光开关功能。选择三阶非线性系数符号不同的D介质材料，实现不同开关性质（升温时开关开、降温时开关关或升温时开关关、降温时开关开）的光开关。通过调节各参数、如输入光强、入射光波长、非线性介质的厚度或周期性高低折射率介质的周期，实现具有可调谐特性的温度双稳光开关，且具有输入光强低、开关性能优异、响应快等的特点。根据上述的专利技术构思，本专利技术的具体技术解决方案如下：一种可调谐温度双稳光开关，由光学介质层A、B和D三种光学介质层排列叠合成多层光学介质层组合结构，该多层光学介质层组合结构沿正交入射的输入光束前进的方向依次为周期性交替结构光学介质层A和B、光学介质层D及光学介质层B和A的周期性交替结构，且中心光学介质层D左右两侧的周期性交替结构的周期数相等，光学介质层D为非线性的克尔介质，光学介质层A和B为温度敏感的具有不同折射率的光学薄膜介质，介质层A和B的光学厚度均为l0/4（l0为中心波长），入射光强度大于阈值光强。光学介质层D选择三阶非线性系数为正值的克尔介质层D材料，可实现升温时开关开、降温时开关关的光开关特性；选择三阶非线性系数为负值的克尔介质层D材料，可实现升温时开关关、降温时开关开的光开关特性。当入射光波长固定时通过调节入射光强实现温度双稳区间及开关对比度的微调谐。通过调节入射光波长实现温度双稳区间的大范围调谐。通过增加非线性介质的厚度可以在保持光开关对比度近似不变时，实现温度双稳区间的调谐，同时输入光强也得到一定降低。通过增大周期性高低折射率介质的周期，可以实现开关对比度的提高及温度双稳区间的调谐，同时输入光强可显著降低。本专利技术的技术效果：与在先技术[1]的基于光致带隙移动原理和在先技术[2]的光致缺陷模移动原理设计光开关不同，本专利技术方法实现的光开关是基于非线性光谱响应导致的大于阈值光强时，温度与透射率之间的多值特征原理，实现温度双稳光开关功能，且属于光双稳器件，具有光学双稳态特性及开关特性的可调谐特性。与在先技术[3]和[4]设计的光双稳开关相比，本发明方法实现的光开关具有光开关特性参数的可调谐特性，实际应用更灵活，且具有输入光强低、开关性能优异、响应快等的特点。综上，本专利技术温度光开关具有光学双稳态特性、开关特性灵活调谐、易于实现、性能优异、响应快、可靠性高等的优点。附图说明图1为本专利技术温度双稳光开关的结构示意图。其中，A和B分别为周期性交替结构的高低折射率介质层，且A、B介质层为温敏材料；介质层D为非线性的Kerr介质。图2为图1中交替高低折射率介质的周期为3，入射波长为1564nm情况下，当入射光强分别为513MW/cm2和560MW/cm2时的透射率与温度的关系曲线。其中左侧曲线为光强为560MW/cm2时的情况；右侧曲线为光强为513MW/cm2（阈值光强）时的情况。图3为图1中交替高低折射率介质的周期为3，介质层D的三阶非线性极化系数为1.14×10-12cm2/W，入射波长为1569.7nm，入射光强为522MW/cm2时的透射率与温度的关系曲线。图4为图1中交替高低折射率介质的周期为3，介质层D的三阶非线性极化系数为-1.14×10-12cm2/W，入射波长为1536nm，入射光强为548MW/cm2时的透射率与温度的关系曲线。图5为图1中交替高低折射率介质的周期为3，入射波长为1562.8nm情况下，当入射光强分别为570MW/cm2和620MW/cm2时的透射率与温度的关系曲线。其中，左侧曲线为光强为620MW/cm2时的情况；右侧曲线为光强为570MW/cm2时的情况。图6为图1中交替高低折射率介质的周期为3，入射波长分别为1562.8nm、1564.0nm,和1565.4nm时的透射率与温度的关系曲线。其中，a图为入射波长为1562.8nm的情况；b图入射波长为1564.0nm的情况；c图为入射波长为1565.4nm的情况。图7是表1为实施例中入射波长为1562.8nm情况下，入射光强分别为570MW/cm2和620MW/cm2时的双稳温度宽度、开关对比度和转变温度。图8是表2为实施例中入射波长分别为1562.8nm、1564.0nm,和1565.4nm时的双稳开关对比度和双稳温度区间。图9是表3为非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐温度双稳光开关，由光学介质层A、B和D三种光学介质层排列叠合成多层光学介质层组合结构，其特征在于：所述多层光学介质层组合结构沿正交入射的输入光束前进的方向依次为周期性交替结构光学介质层A和B、光学介质层D及光学介质层B和A的周期性交替结构，光学介质层D左右两侧的周期性交替结构的周期数相等，光学介质层D为克尔介质，光学介质层A和B为温度敏感的具有不同折射率的光学薄膜介质，介质层A和B的光学厚度均为l0/4，l0为中心波长，入射光强度大于阈值光强。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐温度双稳光开关，由光学介质层A、B和D三种光学介质层排列叠合成多层
光学介质层组合结构，其特征在于：所述多层光学介质层组合结构沿正交入射的输入光束
前进的方向依次为周期性交替结构光学介质层A和B、光学介质层D及光学介质层B和A的周
期性交替结构，光学介质层D左右两侧的周期性交替结构的周期数相等，光学介质层D为克
尔介质，光学介质层A和B为温度敏感的具有不同折射率的光学薄膜介质，介质层A和B的光
学厚度均为l0/4，l0为中心波长，入射光强度大于阈值光强。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐温度双稳光开关，其特征在于：所述光学介质层D
选择三阶非线性系数为正值的克尔介质层D材料，可实现升温时开关开、降温时开关关的光
开关特性。
3.根据权利要求1所述的一种可调谐温度双稳光开关，其特征在于：所述光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟，张荣军，邹俊辉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31