CN104597563B - 一种基于超材料的波导式光忆阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超材料的波导式光忆阻器。该光忆阻器，包括光忆阻、波导、传输线和填充介质；其中，所述光忆阻位于所述波导内，所述波导内的剩余空间填充所述填充介质；所述传输线位于所述波导外，且分别与所述波导的两端相连；所述光忆阻的个数至少为一个。该波导式光忆阻器的透射率在电磁场的加载下表现出有高低透射率的变化，并具有记忆效应。该波导式光忆阻器可以用作一种光学元器件，使现有的光路设计更富有功能性，能使光学产品，如矢量网络分析仪等，向功能更丰富的方向发展。
Description
技术领域
本发明属于光电材料领域，涉及一种基于超材料的波导式光忆阻器。
背景技术
1971年美国加州大学伯克利分校的蔡少棠教授基于电路理论逻辑上的完整性提出了忆阻器的概念。顾名思义，忆阻器是对电阻具有记忆效应的器件或体系，被认为是除电阻、电容和电感外的第四个基本无源电路元件。2008年惠普公司的Strukov等人在掺杂了氧空位的TiO2薄膜中观察到了明显的忆阻行为，在外加电场的作用下，氧离子沿电场方向移动，导致了材料内部掺杂区域与非掺杂区域比例的变化，从而表现出了忆阻行为。此后，忆阻器才被广泛关注。先后有大量的忆阻体系被报道，如金属氧化物薄膜、有机物薄膜和纳米颗粒等。
Engheta等人报道了光学纳米电路，他们利用光场与纳米结构的反应得到功能化的光电容、电感和电阻。当把位移电流类比为光电流时，利用纳米尺寸的介质可以得到光电容和光电感。Kamran Eshraghian指出，Si、SiO2和Si3N4等介电常数的实部大于0的材料可以作为光电容，金属等介电常数小于0的材料可以作为光电感。此时，有一个问题摆在研究者们面前，就是能不能得到光忆阻器。光忆阻器应该具有类似于忆阻器的性能，只是工作在电磁场中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于超材料的波导式光忆阻器。
本发明提供的光忆阻器(也即忆阻器)，包括光忆阻、波导、传输线和填充介质；
其中，所述光忆阻位于所述波导内，所述波导内的剩余空间填充所述填充介质；
所述传输线位于所述波导外，且分别与所述波导的两端相连；
所述光忆阻的个数至少为一个。
光忆阻器具有与忆阻器类似的性质，只是激励信号为电磁波。与忆阻器类比，透射率相当于忆阻器中的电阻，入射电磁场能量相当于加载电压。光忆阻为实现光忆阻器功能的核心元件。
上述光忆阻器也可只由所述光忆阻、波导、传输线和填充介质组成。
上述光忆阻器中，所述传输线可通过点焊或螺丝等方式与所述波导连接。
构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒、导电金属材料或非正定介质；
其中，所述陶瓷颗粒具体为CaTiO3、SrTiO3或BaTiO3；
所述导电金属材料具体为金、银或铜；
所述非正定介质具体为石墨、二硫化钼或磷酸钛氧钾；
构成所述填充介质的材料为对所述光忆阻器的使用频段透明的材料，具体可为聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯位于微波频段。
所述陶瓷颗粒的粒径为1μm-2μm，介电常数为1-10000，介电损耗角正切低于0.1。
构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒，所述光忆阻的形状为立方体、球体；其中，所述立方体具体可为正方体或球体。所述正方体的边长具体可为0.5mm-10mm，更具体可为2mm；所述球体的直径具体可为0.5mm-10mm，更具体可为2mm。所述形状为立方体或球体的光忆阻，可由CaTiO3、SrTiO3或BaTiO3于1400℃-1450℃烧结后冷却至室温而得。
构成所述光忆阻的材料为导电金属材料，所述光忆阻为导电金属材料本体，且所述本体具有一缺口；电感L部分由所述导电金属材料构成，电容C部分由所述缺口构成，且所述电感L部分的两个端面作为所述电容C部分的电极。
所述本体的形状为方形、圆形或Ω形。
所述光忆阻的个数不少于一个且构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒或非正定介质时，所述光忆阻在所述波导内周期性排列，且相邻两光忆阻之间的间距相同。
所述周期性排列具体可为矩阵式排列。
另外，上述本发明提供的光忆阻器在制备光学器件中的应用及含有所述光忆阻器的光学器件，也属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种能够用于光路系统的波导式光忆阻器，其透射率在电磁场的加载下表现出有高低透射率的变化，并具有记忆效应。该波导式光忆阻器可以用作一种光学元器件，使现有的光路设计更富有功能性，能使光学产品，如矢量网络分析仪等，向功能更丰富的方向发展。
附图说明
图1为实施例1所得光忆阻器的结构示意图
其中，1为波导；2为光忆阻；3为填充介质；4为传输线；
图2为光忆阻器一种典型的透射率-入射光功率曲线，此光忆阻行为表现出双向记忆性。
图3为光忆阻器另一种典型的透射率-入射光功率曲线，此光忆阻行为表现出双向记忆性。
图4为光忆阻器另一种典型的透射率-入射光功率曲线，此光忆阻行为表现出单向记忆性。
图5为光忆阻器另一种典型的透射率-入射光功率曲线，此光忆阻行为表现出单向记忆性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1、
该实施例所得光忆阻器的结构如图1所示，由7个光忆阻2、1个波导1、传输线4和填充介质3组成；
其中，7个光忆阻2均位于波导1内，并在波导内按照矩阵式排列方式排列，且相邻两光忆阻之间的间距相同；波导1内的剩余空间填充填充介质3；
传输线4位于波导1外，且分别与波导1的两端通过点焊的方式相连；
构成光忆阻的材料为粒径为1μm-2μm、介电常数为110、介质损耗角正切为0.002的钛酸钙颗粒；
构成填充介质的材料为对该光忆阻器的使用频段透明的材料聚四氟乙烯；
每个光忆阻可按照如下方法制得：将粒径为1μm-2μm、介电常数为110、介质损耗角正切为0.002的钛酸钙颗粒在1400℃烧结后，冷却至室温，切成长宽高均为2mm的正方体即得。
实施例2
该实施例所得光忆阻器由1个光忆阻、1个波导1、传输线和填充介质组成；
其中，光忆阻位于波导内；波导内的剩余空间填充填充介质；
传输线位于波导外，且分别与波导的两端通过点焊的方式相连；
光忆阻为铜环本体，且铜环上具有一缺口；铜环的边长为4mm，宽为0.5mm，缺口为0.3mm。缺口部分相当于电容C，其他的金属部分相当于电感L；
构成填充介质的材料为对该光忆阻器的使用频段透明的材料聚四氟乙烯。
实施例3
实施例1和2所得光忆阻器的性能可以使用矢量网络分析仪进行检查，矢量网络分析仪具有功率扫描、时间扫描和线性频率扫描功能，可以很好的检测制备所得光忆阻器的性能。
其中，实施例1和2所得光忆阻器均具有形如图2、图3、图4和图5的响应。
图2中光忆阻器初始状态为低透射率状态，在入射功率上升的过程中经历由低透射率向高透射率的转换，并维持此种透射率状态，直到施加一定的反向功率才完成由高透射率到低透射率的重置。
与图2相反，图3中给出了一种高初始透射率状态的光忆阻器响应结果示意图。
图4和图5给出了单向透射率保持的情况。由于光忆阻器的响应取决于图1中所示有效光忆阻介质的材料和结构，因而会对外呈现出的响应不限于图2、图3、图4和图5所示，凡在电磁场加载过程中透射率出现转变，并能单向或双向保持的现象，均可认为是光忆阻行为。
Claims (10)
1.一种忆阻器，包括光忆阻、波导、传输线和填充介质；
其中，所述光忆阻位于所述波导内，所述波导内的剩余空间填充所述填充介质；
所述传输线位于所述波导外，且分别与所述波导的两端相连；
所述光忆阻的个数至少为一个；
构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒、导电金属材料或非正定介质；
其中，所述陶瓷颗粒为CaTiO3、SrTiO3或BaTiO3；
所述导电金属材料为金、银或铜；
所述非正定介质为石墨、二硫化钼或磷酸钛氧钾；
构成所述填充介质的材料为聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述忆阻器由所述光忆阻、波导、传输线和填充介质组成。
3.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述陶瓷颗粒的粒径为1μm-2μm，介电常数为1-10000，介电损耗角正切低于0.1。
4.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其特征在于：构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒，所述光忆阻的形状为立方体或球体。
5.根据权利要求4所述的忆阻器，其特征在于：形状为立方体或球体的所述光忆阻是按照包括如下步骤的方法制得：将CaTiO3、SrTiO3或BaTiO3于1400℃-1450℃烧结后冷却至室温而得。
6.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其特征在于：构成所述光忆阻的材料为导电金属材料，所述光忆阻为导电金属材料本体，且所述本体具有一缺口。
7.根据权利要求6所述的忆阻器，其特征在于：所述本体为方形、圆形或Ω形。
8.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其特征在于：所述光忆阻的个数不少于一个且构成所述光忆阻的材料为所述陶瓷颗粒或所示非正定介质时，所述光忆阻在所述波导内周期性排列，且相邻两光忆阻之间的间距相同。
9.权利要求1-8中任一所述忆阻器在制备光学器件中的应用。
10.含有权利要求1-8中任一所述忆阻器的光学器件。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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