基于表面等离子体效应的光开关研究现状和进展_1

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果基于表面等离子体效应的光开关研究现状和进展作者：陈　聪　王　沛　苑光辉　王小蕾　闵长俊　邓　燕　鲁拥华　明　海　　摘要目前表面等离子体(surfaceplasmons,SPs)效应在光传感、光存储及生物光子学等领域的应用前景受到了广泛关注，通过计算模拟或实验基于SPs效应的光开关也层出不穷.文章较为系统地介绍了各种基于SPs效应的光开关原理和优缺点，对SPs全光开关做了重点介绍.　　关键词表面等离子体亚波长

2、光学,光开关,光双稳,综述　　AbstractGreatattentionisbEingpaidtosurfaceplasmons(SPs)becauseoftheirpotentialapplicationsinsensors,datastorageandbio-photonics.Recently,moreandmoreopticalswitchesbasedonsurfaceplasmoneffectshavebeendemonstratedeitherbysimulationorexperimentally.Thisartic

3、ledescribestheprinciples,advantagesanddisadvantagesofvarioustypesofopticalswitchesbasedonSPs,inparticulartheall-opticalswitches.　　Keywordssurfaceplasmons,subwavelengthoptics,课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便

4、于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果opticalswitch,opticalbistability,overview　　1引言　　　　表面等离子体是局域在金属表面、沿表面传播的一种电磁波，通过构造金属表面的结构，可以在纳米尺度下控制表面等离子体的激发和传播——特别是它与光的相互耦合［1］.这种可调控性在新型光子学，尤其是亚波长光子器件的设计应用方面极具潜力，目前如何有效进行表面等离子体的动态调控是重要的研究方向，最主要的就是实现基于表面等离子体效应的光开关(下面简称SPs光开关).SPs光开关是在开关结构中激发SPs

5、，通过改变外部条件影响SPs的激发或传输特性，进而达到开关效果的一种新型光开关.随着制作工艺的不断成熟，SPs光开关利用新的物理机理和物理结构，可在小于衍射极限尺度内实现光的控制，在纳米尺度上实现光子器件的集成［2］，因此SPs光开关在速度和尺寸及驱动功率方面具有独特优势.目前报道的SPs光开关类型主要有热光开光、电光开光及全光开光等.　　　　SPs热光开关　　　　课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课

6、题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果一般而言，热光开关的速度相对较慢，主要有以下两种SPs热光开关.　　MZ型　　这种光开关将金膜夹在BCB介质层中［3］，通过电极加热，调控SPs-M-Z结构中一臂的介电常数，影响在两路传播的SPs在节点处的耦合条件，最终控制信号输出情况，如图1所示.该开关消光比可达35dB，插入损耗11dB，适用于—μm波段，由于是利用热光效应，开关速度较慢，为根据以上特点，该光开关可用作数字光开关，作为宽带宽光子网络中的空间可分离开关［4］.虽然这种MZ型SPs光开关并没有在设

7、计思路上有重大突破，但它在传统开关的结构中引入SPs，利用SPs的相干相消、相干相长达到开关目的，这种开关有利于开关体积的小型化.　　　　图1上图为马赫-曾德干涉调制结构，为定向耦合开关结构，为光学显微镜下的结构，为电极接触点的放大图像；下图为输出强度随所加电压大小的变化曲线［3］　　　　2.半导体孔阵列型课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须

8、有创新性的成果　　该开关的主要结构为二维亚波长Si光栅［5］，厚度100μm，正方形小孔边长70μm，周期300μm，适用于THz波段.如图2上图所示，由于入射波长大于小孔边长，