信号转移到透射出的探测光4上，实现全光波长转换功能。
[0032]具体来讲，在由X轴、y轴和z轴构成直角坐标系下，栗浦光3和探测光4的入射方向沿着z轴的负方向，栗浦光3和探测光4的入射光电场方向与1轴平行，即，入射光的电场矢量沿y轴，如图1所示。根据超材料和金属等离子电磁共振理论可知，组成超材料的材料特性、以及结构单元的几何结构和尺寸参数，共同决定了超材料的电磁共振波长λ-当外部入射电磁波的波长接近λ J寸，金属中的自由电子会发生强烈的局域等离子共振，吸收大量电磁波的能量，导致该波长及其附近的电磁波出射功率急剧下降。由于本申请中的天线结构单元由两种图形组成，即，金属天线包含两种分形结构，其中，第一个分形结构是两个镜像放置的两个3/4圆环天线、第二个分形结构是截面为正方形的金属块。因此，这两个分形结构会产生两个共振波长，其中一个共振波长由两个镜像放置的两个3/4圆环决定，另外一个共振波长由金属块决定。
[0033]参见图3，通过仿真模拟得到超材料的透射谱，该仿真所针对的有关尺寸参数如下:电介质层1的厚度1^为60nm，天线层2的厚度1:2为30nm，上述第一结构的宽a为200nm，上述第一结构的长2a为400nm，两个缺口圆环天线的内径均为1^为60nm，两个缺口圆环天线的外径均为r0为90nm，正方形截面的边长b为90nm。由图3可见，超材料在波长为660nm的第一波长和波长为730nm的第二波长处具有较强的共振，在相应位置的透射率分别为
0.028和0.038。其中，660nm波长处的共振是由第一个分形结构所造成的，730nm波长处的共振则是由第二个分形结构而导致的。
[0034]在全光波长转换中，涉及到两束光，第一束光是栗浦光3，入射栗浦光3携带了信号，第二束光是探测光4，入射探测光4是没有携带信号的连续光。波长转换的功能就是要将栗浦光3中的信号转换到输出的探测光4上去，也即，使输出的探测光4不再是连续光，而是携带上入射栗浦光3的信息。在本申请中，将第一波长和第二波长分别作为所述全光波长转换器的栗浦光3和探测光4。
[0035]进一步，栗浦光3和探测光4均从所述全光波长转换器同一侧垂直入射，即沿着z轴的负方向。接着，栗浦光3和探测光4依次通过所述全光波长转换器，最终从电介质层1这一侧透射出来。
[0036]在无栗浦光3入射的情况下，即栗浦光3为“0”时，探测光4波长处于电磁共振吸收的峰值附近，也即是说此时探测光4具有较小的透射率，由图3可知此时其透射率约为
0.038，此时输出的探测光4为“0”。
[0037]图4给出了有栗浦光3入射的情况下，即栗浦光3为“1”时，所述全光波长转换器的透射谱。一旦栗浦光3被开启入射的时候，并且随着入射栗浦光3光强的增大，它可使所述全光波长转换器发生电磁共振的波长与强度均发生改变，也即是使其透射谱发生改变，共振峰的位置不再是探测光4波长所在的位置，即730nm。此时探测光4的透过率增大，其透射率由原来的0.038增大到0.79。由于较强的入射栗浦光3导致所述全光波长转换器的电磁共振吸收发生频移，探测光4经受超材料吸收的程度也有所减弱。因此，此时探测光4的透射率显著提高，探测光4输出的光功率较大，此时输出的探测光4为“ 1 ”。
[0038]综上所述，当栗浦光3为“0”时，也就是光功率为零或很小的栗浦光3入射到所述全光波长转换器上时，探测光4输出的光功率很小，此时输出的探测光4为“0”。而当栗浦光3为“ 1 ”时，也就是功率较大的栗浦光3入射到超材料上时，探测光4输出的光功率较大，此时输出的探测光4为“1”。因此，输出的探测光4中携带了栗浦光3的信号，实现了全光波长转换功能。
[0039]由于本发明的所述全光波长转换器仅仅采用基于平面制作工艺的超材料，从而具有结构简单、制作工艺简单和制作成本低的特点。
[0040]另外，本发明的所述全光波长转换器工作波长可以根据尺寸缩放效应使之移动到所设定的任意波长。例如，光通信波段所需的1.3微米和1.5微米波段，则根据超材料的尺寸缩放效应，对结构单元尺寸适当加以增大，就能实现光通信波段的波长转换。
[0041]上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点:
[0042]本发明通过在电介质层表面设置天线层，并在天线层中设置周期排列的多个天线结构单元，每个天线结构单元包括第一缺口圆环天线、第二缺口圆环天线和方形天线，当栗浦光和探测光从靠近天线层的一侧入射到本申请的全光波长转换器上后，本申请的全光波长转换器的透射谱发生变化，从而改变本申请的全光波长转换器对探测光的透射率，由此将栗浦光所携带的信号转移到透射出的探测光上，实现全光波长转换功能，不仅结构简单、成本低，同时也拓宽了超材料的应用范围。
[0043]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0044]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种全光波长转换器，其特征在于，包括: 电介质层； 天线层，所述天线层形成于所述电介质层的表面，所述天线层包括周期排列的多个天线结构单元； 所述天线结构单元包括第一缺口圆环天线、第二缺口圆环天线和截面为正方形的方形天线； 所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线对称设置于所述方形天线的两侧，其中，所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线以所述截面的任一对角线为对称轴，所述第一缺口圆环天线的缺口与所述第二缺口圆环天线的缺口相对。2.如权利要求1所述的全光波长转换器，其特征在于，所述方形天线的中心位于所述第一缺口圆环天线的圆心和所述第二缺口圆环天线的圆心连线的中点位置。3.如权利要求1所述的全光波长转换器，其特征在于，所述电介质层的材料为二氧化娃。4.如权利要求1所述的全光波长转换器，其特征在于，所述天线结构单元的材料为金属。5.如权利要求4所述的全光波长转换器，其特征在于，所述金属为金。6.如权利要求1所述的全光波长转换器，其特征在于，一个所述天线结构单元与位于其正下方的所述电介质层所构成的第一结构的长宽比例为2:1。7.如权利要求1所述的全光波长转换器，其特征在于，所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线的缺口均为圆环周长的1/4。8.如权利要求7所述的全光波长转换器，其特征在于，所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线相同。
【专利摘要】本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种全光波长转换器，包括：电介质层；天线层，所述天线层形成于所述电介质层的表面，所述天线层包括周期排列的多个天线结构单元；所述天线结构单元包括第一缺口圆环天线、第二缺口圆环天线和截面为正方形的方形天线；所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线对称设置于所述方形天线的两侧，其中，所述第一缺口圆环天线和所述第二缺口圆环天线以所述截面的任一对角线为对称轴，所述第一缺口圆环天线的缺口与所述第二缺口圆环天线的缺口相对。本发明实现可全光波长转换功能，不仅结构简单、成本低，同时也拓宽了超材料的应用范围。
【IPC分类】G02F1/01, G02B1/00
【公开号】CN105425322
【申请号】CN201510801641
【发明人】黄黎蓉, 刘桐君, 令永红
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月19日