专利名称：光子晶体表面态的制作方法
技术领域：
本申请一般涉及光子晶体表面态。 概要
在一个实施例中，一种装置包括配置成支持表面态的边界区的第一光子晶 体结构，该第一光子晶体结构包括耦合至边界区的第一表面态输入、耦合至边 界区的第一表面态输出、以及第一门(gate)，该第一门包括具有一种或多种 可变电磁特性的区域。
前述概要仅是示例性的，并且无意以任何方式进行限制。除以上所描述的示例性方面、实施例和特征之外，通过参照附图和以下的详细描述，其它方面、 实施例和特征将变得显而易见。
图l示出了光子带隙图。 图2示出了第一光子晶体结构。
图3示出了第一光子晶体结构和第二结构。
图4示出了包括第一材料和第二材料的第一光子晶体结构。
图5示出了第一光子晶体结构的俯视图。
图6示出了第一光子晶体结构的侧视图。
图7示出了第一光子晶体结构和能量导轨(guide)的俯视图。
图8示出了包括第一光子晶体结构的系统的俯视图。
图9示出了包括第一光子晶体结构的系统的俯视图。
图IO示出了包括第一光子晶体结构的系统的俯视图。
图ll示出了第一光子晶体结构。
图12示出了第一光子晶体结构的俯视图。
详细描述
在以下详细描述中，参照构成其一部分的附图。在附图中，类似附图标记 通常标识类似元件，除非上下文另外指示。在详细描述中所描述的示例性实施 例中，附图和权利要求并不意味着限制。可使用其它实施例，以及作出其它变 化而不背离在此给出的主题的精神和范围。
表面态可存在于其中电介质之一具有负或有效负介电常数的电介质-电介 质界面上。例如，在电介质中的一者或两者是诸如光子晶体等具有带隙的材料 的情形中，在光子晶体与该光子晶体的禁能带中的其它电介质之间的界面处可 存在表面态。在通过引用结合于此的E. Yablonovitch在2001年12月的Scientific American(科学美国)的第285巻第6号第47-55页的"PHOTONIC CRYSTALS: SEMICONDUCTORS OF LIGHT (光子晶体光半导体)"中描述了光子晶体。 在图1中示出了具有带隙102的带隙图。光子晶体可以是如Yablonovitch中描述的1D、 2D或3D光子晶体。如通过引用结合于此并且附加其副本作为附录 A的、Linkoping大学的科学与技术系的A. I. Rahachou和I. V. Zozoulenko在 2005年10月31日给出的"WAVEGUIDING PROPERTIES OF SURFACE STATES IN PHOTONIC CRYSTALS (光子晶体中的表面态的波导特性)"的 第 1-4 页 —— 且 位 于
http:〃www.itn.liu.se/meso-phot/publications/2005—waveguides—0510273.pdf 处——中描述的，光子晶体可引导表面态。
图2示出了第一光子晶体结构206的边界区204处的表面态202。与光子 晶体结构206形成边界区204的材料或结构(未示出)可以是空气、真空或 其等效物；基本上同质的介电材料；第二光子晶体结构；或不同的材料或结构。 尽管边界区204被示为基本上连续且平坦，但是它也可具有不同形状。尽管表 面态202被示为包括在边界区204处具有场最大值的实质的指数函数，但是它 可仅包括近似指数函数、可由不同函数来描述、和/或可在除边界区204以外的 某个地方具有场最大值。此外，尽管出于说明目的，表面态202被示为在第一 光子晶体结构206上的特定位置处，但是表面态202的空间分布可以是任何情 形。
图3示出了在第一光子晶体结构206与第二结构302之间的界面处的表面 态202。第二结构302可包括第二光子晶体、基本上同质的介电材料、或不同 结构。在第二结构302包括第二光子晶体的情形中，第二光子晶体可具有与第 一光子晶体结构206的带隙重叠的带隙。此外，尽管图3示出了与第一光子晶 体结构206的边界区204基本上紧密接触的第二结构302，但是第一光子晶体 结构206与第二结构302可略微分开，如David F.P. Pile在2005年7月10刊 号20的Applied Optics (应用光学)的第44巻第4398-4401页的"GAP MODES OF ONE-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL SURFACE WAVES (—维光 子晶体表面波的隙模式)"中描述的。
图4示出了第一光子晶体结构206的边界区204处的表面态202，其中第 一光子晶体结构206包括由在衬底406上制造的第一材料402和第二材料404 的多个层组成的ID光子晶体。在通过引用结合于此的Yablonovitch以及Y. Fink、 J. N. Winn、 S. Fan、 C. Chen、 J. Michel、 J. D. Joannopoulos禾口 E. L. Thomas
12在1998年11月27日的Science (科学)的第282巻第1679-1682页的"A DIELECTRIC OMNIDIRECTIONAL REFLECTOR (介电全角度反射镜)"中 给出了 ID光子晶体的示例。
尽管第一光子晶体结构206被示为具有交替的第一材料402和第二材料 404的层，其中这些层具有基本上相等的厚度，但是可根据第一光子晶体结构 206的设计来选择层厚度以及材料402、 404，并且层厚度可变化。例如，第一 光子晶体结构206的设计可以是这样的一一层厚度被配置成不同，层厚度可因 制造缺陷而略微变化，结构可包括其厚度与第一光子晶体结构206的其余部分 的周期性不一致的顶层，和/或可存在关于层厚度变化的其它原因。尽管第一光 子晶体结构206被示为具有两种不同材料402、 404，但是它可具有两种以上的 材料。此外，尽管第一光子晶体结构206在图4中被示为具有七层，但是它可 具有不同数目的层。出于示例性目的，图4中的第一光子晶体结构206被示为 1D光子晶体，但是在其它实施例中，第一光子晶体结构206可以是2D或3D 晶体结构，并且可具有与针对1D光子晶体结构所描述的变化类似的变化。
图5示出了第一光子晶体结构206的第一实施例的、配置成具有第一表面 态输入502、第一表面态输出504和第一门506的第一导轨501的横截面俯视 图，而图6示出了其横截面侧视图，其中第一光子晶体结构206是配备有如图 4中所示的交替的第一材料402和第二材料404的层的1D光子晶体。输入耦 合结构508被配置成将入射光512转换成表面态202 (如图2-4中所示)，而 输出耦合结构510被配置成将表面态202转换成出射光512。
在各自通过引用结合于此的、E. Moreno、 L. Martin-Moreno禾卩F丄 Garcia-Vidal在2004年10月的刊号2的Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications(光子和纳米结构-基础与应用)的第2巻第97-102 页的"EFFICIENT COUPLING OF LIGHT INTO AND OUT OF A PHOTONIC CRYSTAL WAVEGUIDE VIA SURFACE MODES (经由表面模式进入光子晶 体波导以及从其出来的光的有效耦合)"以及E. Moreno、 F.J. Garcia-Vidal和 L. Martin-Moreno在2004年3月9日的Physical Review B (物理评论B)的第 69巻第121402-1-121402-4页的"ENHANCED TRANSMISSION AND BEAMING OF LIGHT VIA PHOTONIC CRYSTAL SURFACE MODES (经由光
13子晶体表面模式的光的增强传输和聚束)"中描述了一种输入和/或输出耦合结
构508、 510。
在图5和6中所示的实施例中，第一门506包括配置成当光516不在其上 入射时有静止(rest)介电常数而当光516在其上入射时有激发介电常数的光 折变材料。静止介电常数基本上等于第二材料404的介电常数，以使得表面态 202可沿第一门506的边界区204传播。当光516在第一门506上入射时，光 折变材料的介电常数变成激发介电常数，其中该激发介电常数与第二介电材料 的介电常数不同，以使得表面态202不会沿边界区204传播通过第一门506。
在另一实施例中，第一门506对第一门506的响应被倒置。在此实施例中， 静止介电常数与第二介电材料的介电常数充分不同，以使得表面态202不会沿 边界区204传播通过第一门506。当光516在第一门506上入射时，光折变材 料的介电常数变成激发介电常数，其中该激发介电常数与第二介电材料404的 介电常数基本上相等，以使得表面态202可沿第一门506的边界区204传播。 本领域技术人员将认识到，此经倒置的功能可与诸如第一门506的门通用地结合。
尽管在以上实施例中将第一门506描述为包括光折变材料，但是在某些实 施例中，第一门506可包括具有一种或多种其它可变电磁特性的区域，例如， 磁响应材料、电响应材料、热响应材料、声响应材料、易变(mobile)材料、 或者可响应于能量、场或不同刺激改变尺寸、折射率、或其它特性的不同材料 或结构。
尽管第一门506被示为1D光子晶体顶层的较小直线部分，但是有许多其 它门配置。例如，1D光子晶体的一个完整层可具有可变电磁特性、1D光子晶 体的所有层可具有可变电磁特性、或存在可形成第一门506的具有可变电磁特 性的1D光子晶体的不同配置。尽管图6示出了包括1D光子晶体结构的第一 光子晶体结构206，但是在其它实施例中，光子晶体结构206可包括不同种类 的光子晶体，例如，2D或3D光子晶体，或者它可包括多种光子晶体。
尽管第一表面态输出504被示为与第一表面态输入502共线，但是在某些 实施例中，第一表面态输出504可能不与第一表面态输入502共线，如箭头518 所指示的。图7示出了还包括耦合至第一门506以向其导引能量的能量导轨702的图 5中的实施例。在图7所示的实施例中，能量导轨702是配置成基本上在光频 范围内向第一门506导引能量的光纤。在其它实施例中，能量导轨702的类型 可根据第一门506的可变电磁特性的类型来确定。例如，在第一门506配备有 声响应材料的情形中，能量导轨702可被配置成向第一门506导引声音能量。 或者，在第一门506配备有光折变材料的情形中，能量导轨702可被配置成导 引电磁能量，其中能量导轨702的类型可取决于电磁能量的频率或其它因素。 在一个实施例中，在第一门506配备有光折变材料的情形中，能量导轨702可 被配置成以表面态202 (如图2-4中所示)的形式向第一门506运送电磁能量。
图8示出了包括构造成支持表面态202(如图2-4中所示)的第二导轨814 的实施例，其中第一导轨501与第二导轨814形成包括第一门506的交叉区。 第一导轨501和第二导轨814两者皆如图5和6中所示地构造，并被配置成在 第一门506的位置处交叉。在门上入射的光516可由此阻止表面态从第一表面 态输入502传播到第一表面态输出504,以及从门表面态输入826传播到门表 面态输出828。
图8还包括配置成产生能量的能量生成器802。输入耦合结构508被配置 成将来自能量生成器802的能量耦合至表面态202。在一个实施例中，能量生 成器802可以是配置成产生电磁能量的器件，诸如激光器，而输入耦合结构508 可包括配置成将能量转换成表面态202的转换器。尽管能量生成器802被示为 与光子晶体结构206分开，但是在某些实施例中，第一光子晶体结构206可包 括能量生成器。
图8还包括输出耦合结构510，其中输出耦合结构510可包括配置成将表 面态202转换成诸如电磁能量等不同形式的能量的转换器和/或布置成输出该 能量的区域。图8还包括检测器808，其中检测器808可包括诸如光电检测器 或其它检测器等配置成检测电磁能量的器件，或者检测器808可被配置成取决 于从输出耦合结构510输出的能量的类型来检测不同种类的能量。尽管图8包 括输入耦合结构508和输出耦合结构510，但是在某些实施例中，可不包括这 些，例如，在能量生成器802处于光子晶体结构206内的情形中，可不包括输 入耦合结构508。图8还包括门能量生成器818、第二输入耦合结构822、第二输出耦合结 构824和门能量检测器820。第二输入耦合结构822被配置成将来自门能量生 成器818的能量耦合至表面态202。在一个实施例中，门能量生成器818可以 是配置成产生电磁能量的器件，诸如激光器，而第二输入耦合结构822可包括 配置成将能量转换成表面态202的转换器。尽管门能量生成器818被示为与第 二导轨814分开，但是在某些实施例中，第二导轨814可包括能量生成器。
第二输出耦合结构824可包括配置成将表面态202转换成诸如电磁能量等 不同形式的能量的转换器和/或布置成输出该能量的区域。门能量检测器820 被配置成接收来自第二输出耦合结构824的能量，并可包括诸如光电检测器或 其它检测器等配置成检测电磁能量的器件，或者门能量检测器820可被配置成 取决于从第二输出耦合结构824输出的能量的类型来检测不同种类的能量。尽 管图8包括第二输入耦合结构822和第二输出耦合结构824，但是在某些实施 例中，可不包括这些，例如，在门能量生成器818处于第二导轨814内的情形 中，可不包括第二输入耦合结构822。
图8还包括操作地连接到能量生成器802、检测器808、门能量生成器818 和门能量检测器820的处理器816。处理器816可直接连接到元件802、 808、 818、 820，和/或可存在中间器件。此外，可以有一个以上的处理器816。尽管 处理器816仅在图8中示出，但是任一实施例可包括处理器，其中处理器816 可以可操作地连接到系统元件中的任一个。
图9示出了类似于图5和6的实施例的横截面俯视图，它还包括第二门 902、第二表面态输入904和第二表面态输出906。输入耦合结构508被配置成 将入射光512转换成表面态202 (在图2-4中示出)，而输出耦合结构510被 配置成将表面态202转换成出射光514。在此实施例中，门506、 902两者皆包 括配置成当光516或908不在其上入射时具有静止介电常数而当光516或908 在其上入射时具有激发介电常数的光折变材料。静止介电常数与第二介电材料 404的介电常数基本相等，以使得表面态202可沿门506、 902的边界区204 传播。当光516或908在门506或902之一上入射时，光折变材料的介电常数 变成激发介电常数，其中激发介电常数与第二介电材料的介电常数不同，以使 得表面态202可不传播通过门506或902。因此，在或者门506或者902上入射的光516或908可阻止光514被检测器808检测到。
在图9中所示的实施例中，第一表面态输出504被耦合至第二表面态输入 904。然而，存在其它配置。例如，参照图8中的实施例，门表面态输出828 可被耦合至第二表面态输入904，或者门表面态输出828和第一表面态输出504 两者可对应于到其它门的输入。此外，尽管图9中所示的实施例包括两个门506 和902，但是系统可配备有任何数目的门。存在许多可组装门以形成不同类型 的逻辑的方法，并且本领域技术人员可发现其它组合门以形成逻辑的方法。
如参照图5和6所描述的，尽管在图9中的实施例中将门506、卯2描述 为包括光折变材料，但是在某些实施例中，门506、 902之一或两者可包括具 有一种或多种其它可变电磁特性的区域，例如，磁响应材料、电响应材料、热 响应材料、声响应材料、或者可响应于能量、场或不同刺激改变尺寸、折射率、 或其它特性的不同材料或结构。
此外，尽管门506、 902被示为1D光子晶体顶层的较小直线部分，但是 有许多其它门配置。例如，1D光子晶体的一个完整层可具有可变电磁特性、 1D光子晶体的所有层可具有可变电磁特性、或可存在可形成门506、卯2的具 有可变电磁特性的光子晶体的不同配置。
图10示出了类似于图5和6中的另一实施例的横截面俯视图，但是具有 两个门506和902。输入耦合结构508被配置成将入射光512转换成表面态202 (在图2-4中示出)，而输出耦合结构510、 824各自被配置成将表面态202 转换成出射光514、 1002。在此实施例中，门506、 902两者皆包括配置成当光 516或908不在其上入射时具有静止介电常数而当光516或908在其上入射时 有激发介电常数的光折变材料。静止介电常数与第二介电材料404的介电常数 基本相等，以使得表面态202可沿门506、 902的边界区204传播。当光516 或908在门506或902之一上入射时，光折变材料的介电常数变成激发介电常 数，其中激发介电常数与第二介电材料的介电常数不同，以使得表面态202可 不传播通过门506或902。由此，在门506上入射的的光516可阻止光1002 被检测器1004检测到，或者在门902上入射的光908可阻止光514被检测器 1006检测到，或在门506和902两者上入射的光516金额908可阻止光514 或1002被检测器1004和1006检测到。在一个实施例中，如图11中所示，第一门506被配置在光纤1102上。在 各自通过引用结合于此的、 可于 http:〃arxiv.org/PS cache/phvsics/pdf/0508/0508139.pdf处得到的——其副本被 附加于此作为附录B——M. Yan在2005年8月31日的"INTRODUCTION TO MICROSTRUCTURED OPTICAL FIBERS (对微结构光纤的介绍)"的第1-19 页、以及Fink等人的题为OMNIDIRECTIONAL MULTILAYER DEVICE FOR ENHANCED OPTICAL WAVEGUIDING (用于增强型光学波导的全向多层器 件)的美国专利No. 6,603,911中描述了光子晶体光纤。
在图11中所示的实施例中，光纤1102是具有交替的第一材料402和第二 材料404的径向层的径向多层波导结构，如在Fink等人的美国专利No. 6，603，911中所描述的。径向多层结构类似于图4中所示的结构，但是具有形成 径向层而不是基本上平行的层的层402、 404。最外层(包括第二材料404)包 括第一门506，该门包括配置成当光516不在其上入射时具有静止介电常数而 当光516在其上入射时具有激发介电常数的光折变材料。静止介电常数与第二 介电材料404的介电常数基本相等，以使得表面态202 (在图2-4中示出)可 沿第一门506的边界区204传播。当光516在第一门506上入射时，光折变材 料的介电常数变成激发介电常数，其中激发介电常数与第二介电材料的介电常 数不同，以使得表面态202可不传播通过第一门506。
尽管图11中的光纤1102具有沿光纤的长度1106基本上保持不变的基本 圆形的横截面1104，但是光纤可具有任意形状，包括但不限于不规则横截面 1104和/或沿长度1106变化的横截面1104。此夕卜，尽管光纤是具有交替的径向 层的径向多层波导结构，但是光纤可以是具有带隙的任何波导结构，包括但不 限于Yan中所描述的那些。光纤还可包括如参照图5和6所述的输入耦合结构 508和输出耦合结构510 (未示出)。
图12示出了类似于图5中所示实施例的实施例，它还包括配置成支持表 面等离子体激元的纳米粒子1202的阵列。在通过引用结合于此的M. Salerno、 J.R. Krenn、 B. Lamprecht、 G. Schider， H. Ditlbacher、 N. F61idj、 A. Leitner和F.R. Aussenegg在2002的Opto-Electronics Review (光电子学评论)的第10巻第3 号第217-222页的"PLASMONPOLARITONSIN METAL
18NANOSTRUCTURES: THE OPTOELECTRONIC ROUTE TO NANOTECHNOLOGY (金属纳米结构中的等离子体激元偏振迈向毫微米工 艺的光电子)"中描述了支持等离子体激元的纳米粒子。
图12中所示的纳米粒子1202是设计成支持基本上与沿边界区204传播的 表面态202 (在图2-4中示出)处于相同频率的表面等离子体激元的银纳米球。 该器件的操作如同针对图5描述的那样，其中纳米粒子1202被配置成运送沿 边界区204传播的能量的一部分。
在某些实施例中，可在与纳米粒子的尺寸相比相当大的光子晶体206的表 面上制造纳米粒子1202以在光子晶体206上引导表面态202。在其它实施例中， 可在处于两个光子晶体206之间的不同衬底(未示出)上制造纳米粒子1202， 其中纳米粒子1202被配置成在两个光子晶体206之间运送能量。存在许多配 置纳米粒子来输送能量的方法，并且本领域技术人员可发现用于输送能量的光 子晶体206和纳米粒子1202的各种组合。
尽管图12中的纳米粒子1202被示为基本为球形，但是纳米粒子可具有配 置成支持等离子体激元的不同形状。此外，尽管纳米粒子1202被示为大小基 本相同，但是可通过设计或通过随机化制造纳米粒子1202的过程来使纳米粒 子1202大小变化。此外，尽管纳米粒子1202被描述为银粒子，但是其它金属 或介电纳米粒子也支持表面等离子体激元或表面态。
尽管图1-12示出了配置成在相对短的距离上输送表面态的光子晶体结构 206，但是在某些实施例中，光子晶体结构206可被配置成在甚至数千千米或 更远的十分长的距离上输送表面态202。
表面态以及包括表面态的逻辑系统的应用是广泛的。例如，可能有这种情 形，诸如在期望全光开关的光纤系统中，其中电磁能量被转换成表面态以进行 开关并在随后转换回电磁能量。
表面态的能量或偏振可取决于光子晶体的结构，包括(对于1D光子晶体) 光子晶体中层的数目、光子晶体的材料、层厚度或其它因素，如在通过引用结 合于此的Shuai Feng、 Hong-Yi Sang、 Zhi-Yuan Li、 Bing-Ying Cheng和 Dao-Zhong Zhang在2005年7月12日的Journal of Optics A (光学杂志A)的 第7巻第374-381页的"SENSITIVITY OF SURFACE STATES TO THE STACK
19SEQUENCE OF ONE-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTALS (表面态对一维 光子晶体的堆积次序的灵敏度)"中所描述的。
此外，本领域技术人员可认识到，光子晶体可在表面上或以其它方式进行 更改，以便于使能量耦合到光子晶体上的表面态或者使能量作为表面态沿光子 晶体传播，如通过引用结合于此并且其副本被附加于此作为附录C的、可在 http:〃arxiv.org/abs/phvsics/0507009处得到的、Linkoping大学科学与技术系的 A. I. Rahachou和I. V. Zozoulenko在2005年12月12日的"SURFACE STATE PHOTONIC BANDGAP CAVITIES (表面态光子带隙腔)"的第1-3页中所描 述的。
此外，光子晶体结构206可被配置成在可被配置成陷获、导引、集中、捕 捉或辐射表面态的边界区204上具有点、线或面特征，以及可以是或者拓扑或 者介电常数特征，并且可以是隔离或阵列形式的。例如，可在光子晶体上制造 用于表面态的高Q谐振腔以便进行激光作用、感测、滤波或其它应用，如在 Rahachou禾口 Zozoulenko中所述的。
出于直接和清晰起见，使用术语'光子晶体'，并且不限于具有晶状结构的 材料，而是包括具有光子带隙的所有材料和/或结构。尽管术语"表面态"被用 于描述在光子晶体的表面上传播的状态，但是本领域技术人员可认识到，可存 在用于此状态的其它术语，包括但不限于"表面模式"。尽管光子晶体通常被 认为包括介电材料，但是光子晶体可包括诸如金属等其它材料。
之前的详细描述已借助使用框图、流程图和/或示例阐述了器件和/或过程 的各个实施例。在这些包括一个或多个功能和/或操作的框图、流程图和/或示 例的范围内，本领域技术人员应当理解，这些框图、流程图或示例内的各个功 能和/或操作可通过各种各样的硬件、软件、固件或实际上其任何组合来单独和 /或共同实现。在一个实施例中，在此描述的主题的若干部分可经由专用集成电 路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它 集成形式来实现。然而，本领域技术人员应当认识到，在此作为整体或部分公 开的实施例的某些方面可等同地实现在集成电路中，作为在一个或多个计算机 上运行的计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多 个程序)、作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、作为固件、或者作为实际上其任何组合，并且鉴于此公开，本领域技术人员将能够很好地设计和/或编写软件和/或固件的代码。另外，本领域技术人员应当理解，在此描述的主题的机制能够作为各种形式的程序产品来分发，并且无论用于实现此分发的信号承载介质的具体类型如何，都可应用在此描述的主题的示例性实施例。信号承载介质的示例包括但不限于以下诸如软盘、硬盘驱动、紧致盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等可纪录型介质；以及诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤、波导、有线通信链路、无线通信链路等)等传输型介质。
在普遍意义上，本领域技术人员将认识到，在此描述个各个实施例可通过具有诸如硬件、软件、固件或实际上其任何组合的各种电组件、以及诸如刚体、弹簧或扭转体、液压装置、机电致动器件或实际上其任何组合的可施加机械力或运动的各种组件的各种类型的机电系统来单独和/或共同实现。因此，如本文所用的"机电系统"包括但不限于与换能器(例如，致动器、电机、压电晶体等)可操作地耦合的电路、具有至少一个分立电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备(例如，由至少部分地执行本文所述的过程和/或器件的计算机程序配置的通用计算机、或由至少部分地执行本文所述的过程和/或器件的计算机程序配置的微处理器)的电路、形成存储器设备(例如，随机存取存储器形式)的电路、形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机、或光电装置)的电路以及诸如光或其它模拟等非电模拟。本领域技术人员还应当理解，机电系统的示例包括但不限于各种消费类电子系统，以及诸如机动输送系统、工厂自动化系统、安全系统和通信/计算系统等其它系统。本领域技术人员应当认识到，本文所用的机电并非一定限于具有电驱动和机械驱动两者的系统，除非上下文另外可能指出的。
在普遍意义上，本领域技术人员应当认识到，本文所述的可通过各种硬件、软件、固件或其任何组合单独和/或共同实现的各个方面可被示为由各类"电路"构成。因此，如本文所用的"电路"包括但不限于具有至少一个分立电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备(例如，由至少部分地执行本文所述的过程和/或器件的计算机程序配置的通用计算机、或由至少部分地执行本文所述的过程和/或器件的计算机程序配置的微处理器)的电路、形成存储器设备(例如，随机存取存储器形式)的电路、和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机、或光电装置)的电路。本领域技术人员将认识到，本文描述的主题可以按模拟或数字方式或其某种组合方式来实现。
在本说明书中提及的和/或在任何申请数据页中列出的所有以上美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开都通过引用全部结合于此。
本领域技术人员将认识到，出于概念清晰的目的，本文所述的组件(例如，步骤)、器件和对象以及与之伴随的讨论被用作示例，并且对各种配置的更改落在本领域技术人员的认知范围内。因此，如本文所用的，所阐述的特定范本以及伴随的讨论旨在表示其更通用类别。通常，本文使用的任何特定范本也旨在表示其类别，并且这些组件(例如，步骤)、器件和对象中未被包含的在此不应当被认为指示预期进行限制。
参照本文大量使用的任何复数和/或单数，本领域技术人员可针对上下文和/或应用按需将复数转化为单数和/或将单数转化为复数。出于清晰起见，在此并不明确地阐述各个单数/复数互易。
在此描述的主题有时例示了包含于不同的其它组件之内或与之连接的不同组件。应当理解，这些所绘制的架构仅是示例性的，并且实际上可实现达到相同功能的许多其它架构。在概念意义上，用于实现相同功能的任何组件布置被有效"关联"以实现期望功能。因此，在此组合以实现特定功能的任何两个组件可被视为彼此"相关联"以实现期望功能，而不管架构或中间组件如何。类似地，任何如此关联的两个组件也可被视为彼此"可操作地连接"或"可操作地耦合"以实现期望功能，并且能够如此关联的任何两个组件还可被视为彼此"可操作地可耦合"以实现期望功能。可操作地可耦合的特定示例包括但不限于物理上能配对的和/或物理上交互的组件和/或可无线交互的和/或无线交互组件和/或逻辑上交互的和/或逻辑上可交互的组件。
虽然已示出并描述了本文所述的主题的特定方面，但是本领域技术人员显然可基于本文的示教作出变化和更改而不背离本文所述的主题及其更宽泛的方面，因此，所附权利要求旨在将落在本文所述的主题的真实精神和范围内的所有这些变化和更改纳入到其范围之内。此外，应当理解，本发明是由所附权利要求来限定的。本领域技术人员应当理解， 一般而言，本文尤其在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中所用的术语通常旨在作为"开放"术语(例如，术语"包括"应当被解释为"包括但不限于"、术语"具有"应当被解释为"至少具有"、术语"包括"应当被解释为"包括但不限于"等)。本领域技术人员还应当理解，如果预期所引入的权利要求列举的特定数目，则这种意图将在权利要求中明确列举，而不存在这种列举时，则没有这种意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可包含介绍性短语"至少一个"和"一个或多个"的使用以引入权利要求列举。然而，使用此类短语不应当被解释为
意味着不定冠词"一(a)"或"一个(an)"所引入的权利要求列举将包含这种所引入的权利要求列举的特定权利要求限于仅包含一个这种列举的发明，即使当同一权利要求包括介绍性短语"一个或多个"或"至少一个"以及诸如"一"或"一个"的不定冠词时(例如，"一"和/或"一个"应当通常被解释为表示
"至少一个"或"一个或多个")；对于用于所引入的权利要求列举的定冠词同样如此。另外，即使所引入的权利要求列举的特定数目被明确列举，本领域技术人员也应当认识到，这种列举通常应当被解释为表示至少所列举的数目
(例如，"两个列举"的明确列举在没有其它修饰语的情况下通常表示至少两个列举或者两个或多个列举)。此外，在使用类似于"A、 B和C中的至少一个等"的惯例的那些实例中，通常这种句法结构在预期本领域技术人员应当理解此惯例这个意义上进行(例如，"具有A、 B和C中的至少一个的系统"将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、 A和C、 B和C和/或具有A、 B和C等的系统)。在使用类似于"A、 B或C中的至少一个等"的惯例的那些实例中，通常这种句法结构在预期本领域技术人员应当理解此惯例这个意义上进行(例如，"具有A、 B或C中的至少一个的系统"将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、 A和C、 B和C和/或具有A、 B和C等的系统)。本领域技术人员还应当理解，无论在说明书、权利要求还是附图中，实际上给出两个或多个备选项的任何转折连词和/或短语应当被理解为是为了构想包括这些项中的一个、这些项中的任一个或两者皆然的可
能性。
例如，短语"A或B"将被理解为包括"A"或"B"或"A和B"
的可能性。
权利要求
1. 一种装置，包括包括配置成支持表面态的边界区的第一光子晶体结构，所述第一光子晶体结构包括耦合至所述边界区的第一表面态输入、耦合至所述边界区的第一表面态输出、以及第一门，所述第一门包括具有一种或多种可变电磁特性的区域。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括靠近所述第一光子晶体 结构的第二结构。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二结构与所述第一 光子晶体结构的所述边界区紧密接触。
4. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二结构包括第二光 子晶体。
5. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二结构具有第二介 电常数的第二实部。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二介电常数的所述 第二实部为正。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区被配置成支持 第一能量范围内的表面态。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一能量范围包括第 一中心频率。
9. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一能量范围与光频 范围至少部分重叠。
10. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一能量范围包括第一 分布函数。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一分布函数基本上 是连续的。
12. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一光子晶体结构具有 带隙，并且其中所述第一能量范围与所述带隙至少部分重叠。
13. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光子晶体结构包括交替的第一材料层和第二材料层。
14. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一材料包括第一介电材料。
15. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第二材料包括第二介电 材料。
16. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光子晶体结构包括 两种或更多种材料的多个层，其中每种材料具有介电常数，并且其中所述层被 布置成使得毗邻层具有不同的介电常数。
17. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光子晶体结构包括 基本为2D的光子晶体。
18. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光子晶体结构包括 基本为3D的光子晶体。
19. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区被配置成将表面 态从第一位置引导到第二位置。
20. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可操作地耦合至所述 第一表面态输入的能量生成器。
21. 如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述能量生成器包括激光器。
22. 如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述能量生成器被配置成产 生表面态。
23. 如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述能量生成器被配置成产 生相干表面态。
24. 如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述能量生成器被配置成产 生电磁能量，并且其中所述装置还包括配置成将所述电磁能量转换成表面态的 转换器。
25. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可操作地耦合至所述 第一表面态输入的输入耦合结构。
26. 如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述输入耦合结构包括衍射
27. 如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述输入耦合结构包括布置成接收电磁能量的区域。
28. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可操作地耦合至所述 表面态输出的输出耦合结构。
29. 如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述输出耦合结构包括衍射尤微。
30. 如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述输出耦合结构包括布置 成输出电磁能量的区域。
31. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括配置成将所述表面态 转换成电磁能量的转换器。
32. 如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述转换器包括所述边界区 处的缺陷。
33. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区基本上是平坦的。
34. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区是不平坦的。
35. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一门被配置成接收能量。
36. 如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述第一门被配置成接收电 磁能量。
37. 如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述第一门被配置成接收表 面态能量。
38. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述第一门的 能量导轨。
39. 如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述能量导轨被构造成导引 电磁能量。
40. 如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述能量导轨被构造成支持 表面态。
41. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一门形成所述第一光 子晶体结构的第一区域。
42. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述边界区的 第二表面态输入。
43. 如权利要求42所述的装置，其特征在于， 还包括耦合至所述边界区的第二表面态输出。
44. 如权利要求43所述的装置，其特征在于，还包括第二门。
45. 如权利要求1所述的装置，其特征在于， 还包括耦合至所述边界区的第二表面态输出。
46. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二门。
47. 如权利要求46所述的装置，其特征在于, 还包括第二表面态输出。
48. 如权利要求47所述的装置，其特征在于: 还包括第二表面态输入。
49. 如权利要求48所述的装置，其特征在于， 所述第二表面态输入基本上 对应于所述第一表面态输入。
50. 如权利要求42所述的装置，其特征在于，所述第一表面态输出被耦合至所述第二表面态输入。
51. 如权利要求42所述的装置，其特征在于，还包括耦合至所述第一表面态输出和所述第二表面态输入的导轨。
52. 如权利要求1所述的装置，其特征在于， 具有一种或多种可变电磁特性的所述区域包括光折变材料。
53. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有一种或多种可变电磁特 性的所述区域包括磁响应材料。
54. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有一种或多种可变电磁特 性的所述区域包括电响应材料。
55. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有一种或多种可变电磁特 性的所述区域包括热响应材料。
56. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有一种或多种可变电磁特 性的所述区域包括声响应材料。
57. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有一种或多种可变电磁特 性的所述区域包括易变材料。
58. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区被图案化以形成 表面态导轨。
59. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边界区包括元件的阵列，所述阵列被配置成引导表面态。
60. 如权利要求59所述的装置，其特征在于，所述阵列包括介电区。
61. 如权利要求59所述的装置，其特征在于，所述阵列包括纳米粒子。
62. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第一导轨和第二导轨， 所述第一导轨被配置成包括所述第一表面态输入和所述第一表面态输出。
63. 如权利要求62所述的装置，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导 轨形成包括所述第一 门的交叉区。
64. —种装置，包括 第一表面态输入端口；第二输入端口，它被配置成接收控制信号；以及 输出端口；功能上置于所述第一表面态输入端口与所述输出端口之间的控制结构，其 中所述控制结构被配置成根据所述控制信号向所述输出端口选择性地提供表 面态能量。
65. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，还包括光子晶体，其中所述 第一表面态输入端口是由所述光子晶体所携有的。
66. 如权利要求65所述的装置，其特征在于，所述第一表面态输入端口与 所述光子晶体形成整体。
67. 如权利要求65所述的装置，其特征在于，所述输出端口是由所述光子 晶体所携有的。
68. 如权利要求67所述的装置，其特征在于，所述输出端口与所述光子晶 体形成整体。
69. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，还包括光子晶体，其中所述 第二输入端口是由所述光子晶体所携有的。
70. 如权利要求69所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口与所述光 子晶体形成整体。
71. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成 接收电磁能量。
72. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成接收表面态能量。
73. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成 接收磁场。
74. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成 接收电场。
75. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成 接收热能。
76. 如权利要求64所述的装置，其特征在于，所述第二输入端口被配置成 接收声能。
77. —种系统，包括第一表面态开关，它被配置成接收第一表面态和第一信号，所述表面态开 关被配置成响应于所述第一表面态和所述第一信号输出第二表面态。
78. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，还包括配置成控制所述第一 表面态开关的处理器。
79. 如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置成控制所 述第一表面态。
80. 如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置成控制所述第一信号。
81. 如权利要求78所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置成接收关 于所述第二表面态的信息。
82. —种方法，包括在第一光子晶体的第一区域上传播第一表面态； 将第一信号耦合至所述第一光子晶体的至少一部分；以及响应于所述第一信号调节所述第一表面态的所述传播。
83. 如权利要求82所述的方法，其特征在于，调节所述第一表面态的所述 传播包括改变所述第一表面态的幅度。
84. 如权利要求82所述的方法，其特征在于，调节所述第一表面态的所述 传播包括改变所述表面态的模式特征。
85. 如权利要求84所述的方法，其特征在于，所述模式特征包括频率分布。
86. 如权利要求84所述的方法，其特征在于，所述模式特征包括空间分布。
87. 如权利要求84所述的方法，其特征在于，所述模式特征包括相位。
88. 如权利要求84所述的方法，其特征在于，所述模式特征包括偏振。
89. 如权利要求82所述的方法，其特征在于，调节所述第一表面态的所述 传播包括阻止所述第一表面态的传播。
90. —种方法，包括响应于第一输入信号，动态地调制光子表面态从第一位置到第二位置的传播。
91. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括产生所述第一输入信号。
92. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括电磁 能量。
93. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括表面 态能量。
94. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括磁场。
95. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括电场。
96. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括热能。
97. 如权利要求91所述的方法，其特征在于，所述第一输入信号包括声能。
98. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括引导所述光子表面态。
99. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括导引所述光子表面态。
100. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，调制光子表面态的所述传 播包括切换光子表面态。
101. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括动态地调制光子表 面态从所述第二位置到第三位置的传播。
102. 如权利要求101所述的方法，其特征在于，还包括响应于第二输入信 号动态地调制光子表面态从所述第二位置到第三位置的传播。
103. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括将电磁能量转换成 光子表面态。
104. 如权利要求90所述的方法，其特征在于，还包括将光子表面态转换成电磁能量。
全文摘要
光子晶体可被配置成支持用于逻辑的表面态。
文档编号G02B6/00GK101501539SQ200780009116
公开日2009年8月5日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者N·P·梅尔沃德, R·A·海德 申请人:西尔瑞特有限公司