基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于新型光电技术领域，特别涉及基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关及应用。
【背景技术】
[0002]随着科学技术与光电子工业的迅猛发展，人们对信息传输和处理速度的要求不断提高，这就迫切需要速度更高的信息处理系统。目前，我们的信息处理系统采用光/电/光的数据交换模式，由于受到电路处理速度瓶颈的限制，处理系统难以实现更高的信息处理速度。如果采用全光数据模式，那么信息传输和处理的速度会达到光速量级，这是人类的梦想也终将会实现。而全光信号处理技术，尤其是全光开关技术便成为实现全光数据模式的关键。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关及应用，具体技术方案如下:
[0004]所述基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关由高介电立方体颗粒周期性地排列在基质中形成。
[0005]所述高介电是指微波介电常数大于50。
[0006]所述高介电立方体颗粒为Ti02、CaTi03、BaxSn—xTi03(x = 0?1)及其掺杂物。
[0007]所述基质为塑料或特弗伦材料。
[0008]当电磁波通过该光开关时，高介电立方体颗粒对电磁波产生Mie散射，从而在特定频率处出现磁谐振峰。该磁谐振峰的频率与高介电立方体颗粒的大小、介电常数、晶胞大小和基质的介电常数有关。
[0009]如上所述的光开关的应用:
[0010]将一束信号电磁波通过所述光开关样品，高介电立方体颗粒会在某一频率附近发生磁谐振;此时，在谐振频率处，信号电磁波无法通过样品；而在谐振峰边带频率处，信号电磁波可以通过样品继续传输；
[0011 ] 将一束与信号电磁波传播方向垂直、磁场方向也垂直的调控电磁波通过所述光开关样品，高介电立方体颗粒会在同一频率附近产生磁谐振;该磁谐振会与之前信号电磁波产生的磁谐振相互耦合，使磁谐振方向由原来沿着立方体边长的方向转变为沿着立方体面对角线方向，从而导致谐振频率向低频移动，信号电磁波在新产生的谐振模态频率处由传播联通转为阻断，实现了光开关的作用。
[0012]通过调节高介电颗粒的大小、介电常数、晶胞大小和基质的介电常数，可以实现该光开关谐振频率的调节。
[0013]本发明的有益效果为:
[0014]本发明可以在一定电磁波频率处起到光开关作用，通过调节高介电颗粒的大小和介电常数等参数可以调控光开关的频率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于Mie谐振的光开关示意图。
[0016]图2为一束(开状态)和两束(关状态)电磁波通过光开关样品时，信号电磁波的透射参数S21曲线对比图。
【具体实施方式】
[0017]本发明得到了一种基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关及应用，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0018]实施例1
[0019]利用高温固相反应法合成CaTi03粉体，利用陶瓷浆料流延技术，得到一定厚度的流延片，通过排胶和烧结得到致密的陶瓷片，将陶瓷片切割成2mmX2X2mm的长方体，将颗粒周期性嵌入塑料基质中，其结构如图1所示。黑色立方体代表CaTi03高介电陶瓷颗粒，白色代表塑料基质。
[0020]图2中的实线谱线为一束信号电磁波通过光开关样品的透射参数S21曲线，从图中可以看出该光开关样品的磁谐振峰位于9.98GHz。图2中的虚线谱线为两束电磁波同时通过光开关样品时，信号电磁波的透射参数S21曲线，该光开关样品的谐振峰位于9.92GHz。
[0021]当将一束信号电磁波通过光开关样品时，高介电立方体颗粒会在9.98GHz处发生磁谐振。此时在9.98GHz处信号电磁波无法通过样品，而在谐振峰边带9.92GHz处信号电磁波可以通过样品继续传输。当同时将一束与信号电磁波传播方向垂直、磁场方向也垂直的调控电磁波通过样品时，高介电立方体颗粒会在同一频率附近产生磁谐振。该磁谐振会与之前信号电磁波产生的磁谐振相互耦合，使磁谐振方向由原来沿着立方体边长的方向转变为沿着立方体面对角线方向，从而导致谐振频率向低频移动到9.92GHz，信号电磁波在此频率处由传播联通转为阻断，实现了光开关的作用。可以通过调节高介电颗粒的大小、介电常数、晶胞大小和基质的介电常数来调节光开关的频率。
【主权项】
1.基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关，其特征在于，所述全光开关由高介电立方体颗粒周期性地排列在基质中形成。2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，所述高介电是指微波介电常数大于50。3.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，所述高介电立方体颗粒为Ti02、CaTi03、BaxSn—xTi03(x = 0?1)及其掺杂物。4.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于，所述基质为塑料或特弗伦材料。5.根据权利要求1-4任一项所述的光开关的应用，其特征在于，将一束信号电磁波通过所述光开关样品，高介电立方体颗粒会在某一频率附近发生磁谐振;此时，在谐振频率处，信号电磁波无法通过样品；而在谐振峰边带频率处，信号电磁波可以通过样品继续传输； 将一束与信号电磁波传播方向垂直、磁场方向也垂直的调控电磁波通过所述光开关样品，高介电立方体颗粒会在同一频率附近产生磁谐振;该磁谐振会与之前信号电磁波产生的磁谐振相互耦合，使磁谐振方向由原来沿着立方体边长的方向转变为沿着立方体面对角线方向，从而导致谐振频率向低频移动，信号电磁波在新产生的谐振模态频率处由传播联通转为阻断，实现了光开关的作用。
【专利摘要】本发明属于新型光电技术领域，特别涉及基于互相垂直的磁偶极耦合的介质超材料全光开关及应用。所述光开关由高介电立方体颗粒周期性地排列在基质中形成；其中，高介电立方体颗粒为TiO2、CaTiO3、BaxSr1-xTiO3(x＝0～1)及其掺杂物，基质为塑料或特弗伦材料。本发明可以在一定电磁波频率处起到光开关作用，并通过调节高介电颗粒的大小和介电常数等参数调控光开关的频率。
【IPC分类】H01P1/10
【公开号】CN105449317
【申请号】CN201510908720
【发明人】周济, 刘晓明
【申请人】清华大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月10日