3、纳米材料异质结构光开关与调制器特性解析

纳米材料异质结构光开关与调制器特性解析

1. 纳米材料异质结构光开关设计

为了充分利用不同光学结构的优势，可将等离子体和光子晶体（PC）两种不同的光学结构组合起来设计全光开关。

1.1 光开关结构

所提出的异质结构全光开关中，一维PC结构位于MIM等离子体波导和绝缘体波导的交叉处。水平MIM等离子体波导中的绝缘体和金属材料分别为空气和银，银的复相对介电常数由Drude - Lorentz模型描述；绝缘体波导的材料为SiO₂。

一维PC结构由高折射率（nH = 3.4，厚度为l1）和低折射率（nL = 1.77，厚度为l2）的非线性绝缘层交替组成。结构参数如下：
|参数|数值（nm）|
| ---- | ---- |
|l1|120|
|l2|290|
|l3|700|
|l4|100|
|l4|3836|

晶格常数l = l1 + l2。

使用平面波展开（PWE）方法得到一维PC结构的能带图，发现在1534 - 2320 nm的波长范围内存在光子带隙（PBG）。通过有限差分时域（FDTD）方法得到其传输谱，在PBG波长范围内传输值为零，因此PBG的尖锐边缘可用于开关机制。

graph LR
    A[输入数据信号] --> B[MIM等离子体波导]
    C[输入控制信号] --> D[绝缘体波导]
    B --> E[一维PC结构]
    D --> E
    E --> F[输出信号]