CN104681719B - 基于超材料的光忆阻片 - 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片。该光忆阻片，包括光忆阻和填充介质；其中，所述光忆阻位于所述填充介质内；所述光忆阻的个数至少为一个。该波导式光忆阻片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。该波导式光忆阻片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，且便于插取。该波导式光忆阻片的制造方法简单，成本低，具有重要的应用价值。
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片。
背景技术
忆阻器的概念由Leon Chua在1971年提出，得名于元件电阻对通过其电量的记忆性，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。它的出现有望改善整个电子电路的理论和应用，在大规模集成电路、非易失性存储器、人工神经网络等方面有着巨大的应用潜能。忆阻器的概念被提出来后并没有得到广泛关注，直到2008年惠普公司的Strukov等人在夹在铂金电极中间的TiO2中观察到了明显的忆阻行为，忆阻器才被广泛关注。目前已经在多种材料体系中观察到了忆阻现象，如金属氧化物薄膜、有机物薄膜和纳米颗粒等。
Engheta及其研究团队提出并实现了集成光学纳米电路，他们利用光场与纳米结构的反应得到功能化的光频电容、电感和电阻。介电常数的虚部大于0的材料，可以作为光电阻，介电常数的实部大于0的材料可以作为光电容，介电常数小于0的材料可以作为光电感。然而，能够用于光学器件上的光忆阻片并没有见到过报道。
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片。
本发明提供的片状的忆阻器(也即光忆阻片或片状的光忆阻器)，包括光忆阻和填充介质；
其中，所述光忆阻位于所述填充介质内；
所述光忆阻的个数至少为一个。
上述光忆阻片也可只由上述光忆阻和填充介质组成。光忆阻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。光忆阻片为片状的光忆阻器。该光忆阻片可根据需要加工成所需尺寸的片状。光忆阻为实现光忆阻器功能的核心元件。
上述光忆阻片中，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片在制备光学器件中的应用及含有所述光忆阻片的光学器件，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片，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。该波导式光忆阻片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，且便于插取。该波导式光忆阻片的制造方法简单，成本低，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为实施例1所得光忆阻片的结构示意图
其中，1为填充介质；2为光忆阻；
图2为光忆阻片一种典型的透射率-入射光功率曲线。
图3为光忆阻片另一种典型的透射率-入射光功率曲线。
图4为光忆阻片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为光忆阻片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片的结构如图1所示，由7个光忆阻2和填充介质1组成；
其中，7个光忆阻2均位于填充介质1；
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片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片由1个光忆阻和填充介质组成；
其中，光忆阻位于填充介质。
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片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所得光忆阻片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所得光忆阻片均具有形如图2、图3、图4和图5的响应。
图2中光忆阻片初始状态为高透射率状态，在入射功率上升的过程中经历由高透射率向低透射率的转换，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低透射率到高透射率的重置。也即随着入射场功率的升高，光忆阻器的透射率出现由高透射率向低透射率的转变，在其后的入射场功率下降及反向的过程中该高透射率状态得到保持和记忆。
与图2相反，图3中给出了一种低初始透射率状态的光忆阻片响应结果示意图。由图3可知，随着入射场强的升高光忆阻器的透射率出现由低透射率向高透射率的转变，在其后的入射场强下降及反向的过程中该高透射率状态得到保持和记忆。
图4和图5给出了单向透射率保持的情况。由于光忆阻片的响应取决于图1中所示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 (7)
1.一种片状的忆阻器，由光忆阻和填充介质组成；
其中，所述光忆阻位于所述填充介质内；
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；
构成所述填充介质的材料为聚四氟乙烯；
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；
构成所述光忆阻的材料为陶瓷颗粒时，所述光忆阻的形状为立方体或球体；
构成所述光忆阻的材料为导电金属材料时，所述光忆阻为导电金属材料本体，且所述本体具有一缺口。
2.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。
3.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述本体为方形、圆形或Ω形。
4.根据权利要求1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。
5.根据权利要求1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述非正定介质时，所述光忆阻在波导内周期性排列，且相邻两光忆阻之间的间距相同。
6.权利要求1-5中任一所述忆阻器在制备光学器件中的应用。
7.含有权利要求1-5中任一所述忆阻器的光学器件。
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