基于表面等离子体的光隔离器

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在现代光通信系统中,光隔离器是一种不可或缺的光无源器件。光隔离器避免了光源和光器件由于反射光而被损坏。传统的光隔离器是利用偏振光的法拉第效应,此种技术已经很成熟并广泛市场化。传统光隔离器的尺寸是厘米量级,这一尺寸不适宜于光路集成。表面等离子体是近年来纳米光子学领域研究的热点,它是由电子在外加场的作用下产生振荡,在金属和介质表面形成的一种波。表面等离子波由于是一种慢波,它的波长是激发光波长的十分之一左右。利用它的此种特性,可以实现光器件的小型化,表面等离子体在光器件的方面的应用已有进展。本文设计了两种基于表面等离子体的光隔离器模型。第一种模型是利用了波导的非互易耦合。分别构造了一个表面等离子体波导和一个介质波导,其中,表面等离子体波导是由非互易材料组成。当光正向传输时,由于两个波导的传播常数不匹配,两波导不发生有效耦合,介质波导中的光顺利通过。而当光反向传输时,由于磁光材料的非互易性,使得两波导由于相位匹配而发生了有效耦合。反向光转化为表面等离子体波而被损耗掉,从而隔离了反向光。设计的第二个模型是非互易耦合缺陷型光隔离器。同样分别构造了表面等离子体波导和介质波导,并在介质波导的中间构造一缺陷结构,使得光不能有效通过。当光正向通过时,介质波导和金属波导由于相位匹配而相互耦合,介质波导中的光借助于金属波导中的表面等离子体波通过模型的缺陷结构,然后,金属波导中的表面等离子体再次向下耦合进介质波导中输出。而当光反向通过时,介质波导和金属波导相位不再匹配,两波导不发生有效耦合,光只能继续在介质波导中传播,但在缺陷处,波导结构不复存在,光不能有效通过,从而隔离了反向光。
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