一种表面等离激元调制器

1.本实用新型属于光子调制器技术领域，特别涉及一种表面等离激元调制器。


背景技术：

2.随着互联网速度提升和计算机功能增强，传统电子集成线路的发热和速度严重限制了信息处理速度的提升；与传统电子集成线路相比，光子集成电路具有许多优势，包括以光速来传输信息，更宽的通信带宽，能携带更多的信息量，发热更少，信号屏蔽性好以及串扰更低等。因此，光子集成电路是人们对下一代计算系统的期望。
3.光子集成电路由多种类型光子器件组成，通常包括激光器、波导、开关、调制器和检测器等器件；其中调制器可以对传输中的光信号进行控制，是光信息计算技术和光通信技术的重要器件；主动调制光信号的原理有光学非线性效应、电光原理、热光原理、磁光原理、吸收原理和纳米复合材料等。其中，基于光学非线性效应的全光调制器具有超快的响应速度，成为调制器的研究热点。
4.然而，光的衍射极限限制了高密度光子集成电路的实现；spps器件能够在小于光波长的尺寸内操纵光子，为克服光的衍射极限提供了一种方法；基于共振原理的全光spps调制器需要精确的纳米级精度的共振腔结构或在共振腔内填充高非线性光学材料，且制作工艺复杂，从而增加了全光调制器的制造成本，限制其应用；因此，有必要发展一种新颖、低成本的超快全光spps调制器。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种表面等离激元调制器，以解决现有的全光spps调制器结构复杂，制作难度大，成本高的技术问题。
6.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.本实用新型提供了一种表面等离激元调制器，包括基底及银波导调制单元；银波导调制单元附着在基底的表面；所述银波导调制单元包括第一路段、第二路段、参考路段及输出路段；第一路段和第二路段对称分布在参考路段的两侧，第一路段的第一端为第一输入信号接口，第二路段的第一端为第二输入信号接口，参考路段的第一端为参考信号接口；第一路段的第二端、第二路段的第二端及参考路段的第二端合束接入输出路段的第一端，输出路段的第二端为调制信号输出接口。
8.进一步的，基底采用sio2基底。
9.进一步的，所述sio2基底为长方体形结构；所述长方体形结构的尺寸特征为：长
×
宽
×
厚＝0.4mm
×
0.3mm
×
0.05mm。
10.进一步的，所述银波导调制单元的厚度为300mm。
11.进一步的，所述银波导调制单元的长度为150μm，第一路段、第二路段、参考路段及输出路段的宽度均为20μm。
12.进一步的，第一路段、第二路段、参考路段及输出路段的中心线上分别设置有spps
狭缝。
13.进一步的，所述spps狭缝的宽度为2μm。
14.进一步的，第一路待调制的spps信号垂直输入至第一路段的第一输入信号接口，第二路待调制的spps信号垂直输入至第二路段的第二输入信号接口，参考信号垂直输入至参考路段的参考信号接口；
15.其中，第一路待调制的spps信号、第二路待调制的spps信号及参考信号，均为飞秒激光。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型提供了一种表面等离激元调制器，通过在基底上设置银波导调制单元，并将银波导调制单元设置为三路合束的结构，对输入至所述银波导调制单元的信号和光子实现加法器或减法器的作用，有效提高了其计算能力和信号传输能力，克服了现有电子调制器运算慢的缺点，具有结构简单，制作难度小，成本低的特点。
18.进一步的，基底采用sio2基底，由于sio2基底在空气中的折射率较高，确保了光子传输中能产生更好的效果。
19.进一步的，通过在第一路段、第二路段、参考路段及输出路段的中心线上分别设置有spps狭缝，当信号射入所述spps狭缝内时，光将会与调制器表面的金属银材料发生反应，形成表面等离子体激元，从而更好的完成信号的传输，经过三个路段传输后汇聚于公共区域形成合路，并从另一端口射出，实现调制器的功能。
附图说明
20.图1为本实用新型所述的表面等离激元调制器的结构示意图；
21.图2为本实用新型中的银波导调制单元的结构示意图。
22.其中，1基底，2银波导调制单元；21第一路段，22第二路段，23参考路段，24输出路段
具体实施方式
23.为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.本实用新型提供了一种表面等离激元调制器，包括基底1及银波导调制单元2；银波导调制单元2附着在基底1的表面；基底1采用sio2基底；所述银波导调制单元2包括第一路段21、第二路段22、参考路段23及输出路段24；第一路段21和第二路段22对称分布在参考路段23的两侧，第一路段21的第一端为第一输入信号接口，第二路段22的第一端为第二输入信号接口，参考路段23的第一端为参考信号接口；第一路段21的第二端、第二路段22的第二端及参考路段23的第二端合束接入输出路段24的第一端，输出路段24的第二端为调制信号输出接口。
25.本实用新型中，第一路段21、第二路段22、参考路段23及输出路段24的中心线上分别设置有spps狭缝；通过在第一路段、第二路段、参考路段及输出路段的中心线上分别设置有spps狭缝，当信号射入所述spps狭缝内时，光将会与调制器表面的金属银材料发生反应，
形成表面等离子体激元，从而更好的完成信号的传输，经过三个路段传输后汇聚于公共区域形成合路，并从另一端口射出，实现调制器的功能。
26.第一路待调制的spps信号垂直输入至第一路段21的第一输入信号接口，第二路待调制的spps信号垂直输入至第二路段22的第二输入信号接口，参考信号垂直输入至参考路段23的参考信号接口；其中，第一路待调制的spps信号、第二路待调制的spps信号及参考信号，均为飞秒激光；优选的，第一路待调制的spps信号及第二路待调制的spps信号的相位相同，并与参考信号的相位相同或相反设置。
27.工作原理：
28.本实用新型提供了一种表面等离激元调制器，使用时，利用预设波长的飞秒激光，垂直射入第一路段、第二路段及参考路段的信号接口侧面；其中，调节第一路段与第二路段的入射光相位为2π，调节参考路端的入射光为π，此时，所述表面等离激元调制器实现减法器的功能；调节第一路段、第二路段及参考路段的入射光相位均为2π，此时，所述表面等离激元调制器实现加法器的功能；当预设波长的飞秒激光射入第一路段、第二路段及参考路段的spps狭缝内时，光将会与调制器表面的金属银材料发生反应，形成表面等离子体激元，从而更好的完成信号的传输，经过三路传输后汇聚于公共区域形成合路，并从另一端口射出。
29.本实用新型中，通过在基底上设置银波导调制单元，并将银波导调制单元设置为三路合束的结构，对输入至所述银波导调制单元的信号和光子实现加法器或减法器的作用，有效提高了计算能力和信号传输能力，克服了现有电子调制器运算慢的缺点，具有结构简单，制作难度小，成本低的特点。
30.实施例
31.如附图1-2所示，本实施例提供了一种表面等离激元调制器，包括基底1及银波导调制单元2，银波导调制单元2附着在基底1的表面。
32.基底1采用sio2基底；所述sio2基底为长方体形结构；所述长方体形结构的尺寸特征为：长
×
宽
×
厚＝0.4mm
×
0.3mm
×
0.05mm；所述银波导调制单元2的厚度为300mm，长度为150μm。
33.所述银波导调制单元2包括第一路段21、第二路段22、参考路段23及输出路段24；第一路段21和第二路段22对称分布在参考路段23的两侧，第一路段21的第一端为第一输入信号接口，第二路段22的第一端为第二输入信号接口，参考路段23的第一端为参考信号接口；第一路段21的第二端、第二路段22的第二端及参考路段23的第二端合束接入输出路段24的第一端，输出路段24的第二端为调制信号输出接口。
34.本实施例中，第一路段21、第二路段22、参考路段23及输出路段24的中心线上分别设置有spps狭缝；第一路段21、第二路段22、参考路段23及输出路段24的宽度均为20μm；所述spps狭缝的宽度为2μm；第一路待调制的spps信号垂直输入至第一路段21的第一输入信号接口，第二路待调制的spps信号垂直输入至第二路段22的第二输入信号接口，参考信号垂直输入至参考路段23的参考信号接口；
35.本实施例中，第一路待调制的spps信号、第二路待调制的spps信号及参考信号，均为飞秒激光；第一路待调制的spps信号及第二路待调制的spps信号的相位相同，并与参考信号的相位相同或相反设置；其中，若第一路待调制的spps信号及第二路待调制的spps信
号与参考信号的相位相同时，所述表面等离激元调制器实现加法器的功能；若第一路待调制的spps信号及第二路待调制的spps信号与参考信号的相反相同时，所述表面等离激元调制器实现减法器的功能。
36.本实施例中，将基底1采用sio2材料制作而成的sio2薄片，有效利用了sio2在空气中的折射率较高，在光子传输中能产生更好的效果。
37.银波导调制单元2中设置有第一输入信号接口、第二输入信号接口及参考信号接口，通过将三个路段合束的结构，在银波导调制单元使用过程中，在参考信号接口中采用与第一输入信号接口及第二输入信号接口反相位输入可以达到减法器的效果；采用与第一输入信号接口及第二输入信号接口同相位输入可达到加法器的效果；通过在在银波导表面有宽2μm的spps狭缝，光子在空气狭缝与金属银包层的作用下转化为表面等离激元。
38.本实施例中，采用表面等离激元调制器实现加权运算，经过调制器的信号通过银波导调制单元实现信号求和；权值的调节通过飞秒激光控制调制器来实现；其中，具体调节方式采用空间光液晶相位调制器控制飞秒泵浦激光的强度；激活阈值设置通过引入与输入信号相位相反的参考信号，经过银波导调制单元实现相减运算来实现；同时，表面激元信号的加减运算原理是同相或反相表面激元之间的干涉原理。
39.本实施例所述的表面等离激元调制器，为了解决建立低损耗的表面等离激元调制器，实现超快、高稳定性的信息处理能力，拓展微纳光学器件在光子计算和光通讯领域中应用；本实施例中，构建含两路输入信号和一路参考信号的结构；包括2个传输信号路段和1个参考信号路段构成的银波导调制单元；银波导调制单元表面构有2μm的spps狭缝，基底采用为折射率较高的sio2材料；银波导调制单元与基底部分共同构成所述的表面等离激元器件；工作时，采用波长800nm、脉宽120fs的飞秒激光脉冲作为输入激光源，同时入射到2个传输信号路段和1个参考信号路段接入槽口，之后在上表面分别激发两路spps输入信号以及参考信号，经过传输波导，spps输入信号传递到调制器部分，实现两路spps信号调制；其中，两路调制的spps信号与参考信号同时进入银波导调制单元，实现信号求和运算与阈值功能。
40.本实用新型所述的表面等离激元调制器，通过在基底上设置银波导调制单元，并将银波导调制单元设置为三路合束的结构，对输入至所述银波导调制单元的信号和光子实现加法器或减法器的作用，有效提高了其计算能力和信号传输能力，克服了现有电子调制器运算慢的缺点，具有结构简单，制作难度小，成本低的特点。
41.上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。