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德国研制出新型磁控可切换等离子体路由器和等离子体调制器
2018-08-08


[据今日科学网站201886] 等离子体波导为开发极小型光学器件提供了可能,并为用于信息处理、光计算等领域的下一代集成纳米光子电路提供了新的途径。纳米光子电路的关键要素是可切换的等离子体路由器和等离子体调制器。



最近,由德国Joachim Herrmann博士领导的团队为实现这类纳米器件开发出新概念。他们研究了磁化波导中表面等离子体极化激元的传播。在此研究成果基础上,他们提出了新的可切换磁化等离子体路由器和新的磁化等离子体盘调制器,以实现多种纳米光子功能。



在基于金属膜的波导中,金属膜厚度超过趋肤深度并被铁磁电介质包围,横向上的外部磁场可以引起表面等离子体激元(SPP)的模式分布呈现显著的空间不对称性。奇偶数不对称模式在一定距离上的叠加导致界面上的能量集中,该界面可通过磁场反转切换到另一个界面。



随着金属膜厚度的增加,所要求的磁化强度呈指数级减小。基于这一现象,该小组提出了一种新的波导集成磁控可切换等离子体路由器。在所附图像中示出了这种纳米器件的配置,该纳米器件由在外部磁场下被铁磁电介质包围的T形金属波导构成,引起磁化M。通过求解麦克斯韦方程,得到等离子体传播的数值结果,结果表明通过磁场反转实现了通道切换,在几十太赫兹的光学带宽内具有99%的高对比度。这里g是回转g=χMX是磁光磁化率,g0是要求引起显著模式不对称的特征旋转。通过集成电路,磁场反转可以在吉赫兹区域中重复实现。注意,到目前为止,仅一小部分论文报道了由入射光偏振控制的银纳米线实现可切换等离子体路由器。



在第二篇论文中,研究团队提出并研究了一种新型超小型等离子体调制器,该调制器基于金属-绝缘体-金属波导和由外部磁场控制的侧耦合磁光盘。通过改变磁场,可以调整波数变化和表面等离子体激元(SPP)的传输,并且通过外部磁场方向的反转,可以对传输的SPP模式进行可逆的开/关切换。



磁等离子体调制的共振增强超过200倍,导致调制对比度大于90%,在数百吉赫兹的光学带宽内保持适当的插入损耗。通过麦克斯韦方程解的数值模拟,证实了高对比度磁等离子体调制的推导分析公式的预测。(工业和信息化部电子第一研究所  
许文琪)



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