本發(fā)明涉及光通訊、光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種開口諧振環(huán)超材料光開關(guān)。
背景技術(shù)：
光構(gòu)建光通信系統(tǒng)的主體主要是基于光纖通信的主干網(wǎng)和基于光電信號(hào)處理技術(shù)的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，單根光纖的傳輸容量已經(jīng)得到了快速發(fā)展。但現(xiàn)階段，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)交換和處理，仍主要采用電子的方式進(jìn)行。而由于電子本身遷移率及弛豫時(shí)間等因素的限制，電子器件的速度和帶寬無法滿足當(dāng)今通信系統(tǒng)超高速大容量的需求，產(chǎn)生了所謂的“電子瓶頸”。故而，光通信骨干網(wǎng)的速度、容量與光節(jié)點(diǎn)處信息處理能力的嚴(yán)重不匹配，成為當(dāng)前光通信研究領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問題。
要解決上述光通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)處理速度與功耗問題，則需要用全光器件取代電子器件，將光通信網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)處的“光/電-電/光”轉(zhuǎn)換改進(jìn)為“光/光”轉(zhuǎn)換，消除電信號(hào)處理過程，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“全光網(wǎng)絡(luò)”。由此可知，高速的全光信號(hào)處理技術(shù)是未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必由之路，有著極其廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，研究用于全光信號(hào)處理的高性能低功耗器件對(duì)于未來的光通信網(wǎng)來說，具有極其重要的意義。
惠普公司在2014年6月11日于美國(guó)拉斯維加斯舉行的“HP Discover Conference”上發(fā)布了新一代計(jì)算機(jī)開發(fā)項(xiàng)目“The Machine”。其關(guān)鍵技術(shù)大致有3項(xiàng)。第一項(xiàng)是“Energy and Algorithm Optimized Systems on Chip”，目標(biāo)是憑借按用途優(yōu)化的SoC，在提高性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。第二項(xiàng)是“Universal Memory”，將采用訪問速度與DRAM相當(dāng)、容量單價(jià)與HDD相當(dāng)?shù)姆且资源鎯?chǔ)器，減少分層存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，使性能得到提高。第三項(xiàng)是“Photonics and Fabrics”，從數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到機(jī)架內(nèi)的互連、乃至芯片封裝內(nèi)部，全部采用基于光的通信。
光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口的光學(xué)器件，其作用是對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行物理切換或邏輯操作，光開關(guān)是光通信網(wǎng)絡(luò)及器件的重要組成部分，光開關(guān)使納米光電路及光學(xué)系統(tǒng)更具功能化，是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的有效手段，可以推動(dòng)光通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，具有一定的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種開口諧振環(huán)超材料光開關(guān)，利用光激發(fā)引起陶瓷材料介電常數(shù)或電導(dǎo)率的改變，導(dǎo)致開口諧振環(huán)諧振頻率或諧振強(qiáng)度發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)光開關(guān)，該發(fā)明具有開口諧振環(huán)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，即只需放大或縮小結(jié)構(gòu)的尺寸，其工作波長(zhǎng)也隨之放大或縮小。實(shí)現(xiàn)了各個(gè)頻段的光開關(guān)。同時(shí)，簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了使用靈活性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種開口諧振環(huán)超材料光開關(guān)，其特征在于：包括陶瓷材質(zhì)的基底和開口諧振環(huán)，開口諧振環(huán)和基底位置關(guān)系有兩種分別為：1）、開口諧振環(huán)和基底直接接觸貼合；2）、開口諧振環(huán)和基底之間夾有微波透明材質(zhì)的墊片，開口諧振環(huán)和墊片貼合，墊片和基底貼合在一起。
優(yōu)選地，所述開口諧振環(huán)形狀為矩形、米字形或Ω形。
優(yōu)選地，所述開口諧振環(huán)材質(zhì)為銅、金或銀。
優(yōu)選地，所述基底在光頻段時(shí)材質(zhì)選用硅、硫化鋅或硫化銀；在微波頻段時(shí)選用鈦酸鍶鋇、鈦酸鋇、鈦酸鈣、鈦酸鎂、氧化鎳、氧化鈷或氧化錳。
優(yōu)選地，所述墊片在光頻段材質(zhì)選用玻璃、石英或透明塑料；在微波頻段墊片材質(zhì)選用聚四氟乙烯。
優(yōu)選地，所述開口諧振環(huán)、基底和墊片之間使用膠水進(jìn)行貼合連接。
采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種開口諧振環(huán)超材料光開關(guān)，基底選用陶瓷材質(zhì)，利用光激發(fā)能夠引起陶瓷材料介電常數(shù)或?qū)щ娐矢淖兊奶匦?，使開口諧振環(huán)的諧振頻率或諧振強(qiáng)度發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)光開關(guān)作用，該發(fā)明具有開口諧振環(huán)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，即只需放大或縮小結(jié)構(gòu)的尺寸，其工作波長(zhǎng)也隨之放大或縮小，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)頻段的光開關(guān)。同時(shí)，簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了使用靈活性，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、基底；2、開口諧振環(huán)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
如圖1所示，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括陶瓷材質(zhì)的基底1和開口諧振環(huán)2，開口諧振環(huán)2和基底1位置關(guān)系有兩種分別為：1）、開口諧振環(huán)2和基底1直接接觸貼合；2）、開口諧振環(huán)2和基底1之間夾有微波透明材質(zhì)的墊片，開口諧振環(huán)2和墊片貼合，墊片和基底1貼合在一起。
陶瓷材料具有光激發(fā)能夠引起陶瓷材料介電常數(shù)或?qū)щ娐首兓奶匦?，開口諧振環(huán)2的諧振特性隨著周圍環(huán)境的性質(zhì)（介電常數(shù)、導(dǎo)電率）的變化而變化，從而導(dǎo)致電磁波傳輸性質(zhì)也隨之變化；基底1選用陶瓷材質(zhì)后，當(dāng)基底1的介電常數(shù)或?qū)щ娐拾l(fā)生變化后，導(dǎo)致開口諧振環(huán)2的諧振頻率或諧振強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)變化，即光透射率發(fā)生變化，從而光路開關(guān)變化，實(shí)現(xiàn)了光開關(guān)作用。
墊片在光頻段材質(zhì)選用玻璃、石英或透明塑料；在微波頻段墊片材質(zhì)選用聚四氟乙烯。
開口諧振環(huán)2、基底1和墊片之間使用膠水進(jìn)行貼合連接。
開口諧振環(huán)2和基底1之間可以?shī)A透明材質(zhì)的墊片，墊片的作用能夠調(diào)控陶瓷基底1和開口諧振環(huán)2之間的距離，進(jìn)而調(diào)控工作頻段、開關(guān)比和響應(yīng)速度等參數(shù)。
開口諧振環(huán)2形狀為矩形、米字形或Ω形，環(huán)材質(zhì)為銅、金或銀；通過印刷電路板的方法制備，將設(shè)計(jì)好的開口諧振環(huán)2陣列用轉(zhuǎn)印紙打印出來，將覆銅板裁剪成需要的大小，并用細(xì)砂紙將其表面的氧化層打磨掉，之后將打印出來的開口諧振環(huán)2陣列熱轉(zhuǎn)印到覆銅板上，再將此覆銅板放入腐蝕液中將露在外面的銅腐蝕掉，之后將覆銅板上的墨粉打磨掉露出銅開口諧振環(huán)2陣列。
基底1在光頻段時(shí)材質(zhì)選用硅、硫化鋅或硫化銀；在微波頻段時(shí)選用鈦酸鍶鋇、鈦酸鋇、鈦酸鈣、鈦酸鎂、氧化鎳、氧化鈷或氧化錳。
例如基底1選用鈦酸鋇，鈦酸鋇陶瓷以碳酸鋇與二氧化鈦為原材料，通過固相反應(yīng)法制備。根據(jù)化學(xué)計(jì)量比稱取一定量的原始粉料放入球磨罐中，球磨24h使原始粉料充分混合，將球磨得到的漿料倒入托盤中，烘干，將烘干后的粉料放入高溫爐中1150℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒后得到的粉料放入球磨罐中進(jìn)行6h的二次球磨，取出漿料烘干后過120目篩。取一定量的粉放入研缽中，加入適量的聚乙烯醇（PVA）水溶液（質(zhì)量濃度5%），進(jìn)行造粒。取一定量的造粒后的粉料放入直徑為10mm的模具中，4MPa保壓10s，將得到的成型的樣品放入高溫爐中，600℃保溫2h排掉PVA，之后在1200℃保溫2h得到陶瓷片。升溫過程中升溫速率為3℃/min。將開口諧振環(huán)2陣列與陶瓷基底1貼合到一起即得到光開關(guān)。基底1在電磁場(chǎng)的激發(fā)下產(chǎn)生熱量，熱積累導(dǎo)致其溫度升高，引起介電常數(shù)的變化，進(jìn)而諧振頻率發(fā)生變化，初始諧振頻率處的透射率由小變大，即由關(guān)到開。
當(dāng)基底1選用為氧化鈷。陶瓷基底1在電磁場(chǎng)的激發(fā)下產(chǎn)生熱量，熱積累導(dǎo)致其溫度升高，引起電導(dǎo)率的變化，進(jìn)而諧振強(qiáng)度發(fā)生變化，導(dǎo)致諧振頻率處透射率發(fā)生由小到大的變化，即由關(guān)到開。
當(dāng)基底1選擇硫化鋅，將開口諧振環(huán)2陣列與陶瓷基底1貼合到一起即得到光開關(guān)。硫化鋅基底1在電磁場(chǎng)的激發(fā)下發(fā)生電子躍遷，引起介電常數(shù)的變化，進(jìn)而諧振頻率發(fā)生變化，初始諧振頻率處的透射率由小變大，即由關(guān)到開。
采用上述技術(shù)方案后，利用光激發(fā)能夠引起陶瓷材料介電常數(shù)或?qū)щ娐矢淖兊奶匦?，使開口諧振環(huán)2的諧振頻率或諧振強(qiáng)度發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)光開關(guān)作用，該發(fā)明具有開口諧振環(huán)2本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，即只需放大或縮小結(jié)構(gòu)的尺寸，其工作波長(zhǎng)也隨之放大或縮小，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)頻段的光開關(guān)。同時(shí)，簡(jiǎn)化了加工工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了使用靈活性，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。