CN109683242B - 一种全光二极管可控单向光传输装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全光二极管可控单向光传输装置及方法。所述装置包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、非对称光子晶体微腔‑波导结构。本发明借助光子晶体微腔左右两侧的光子晶体波导在长度上的显著差异，使得在相同的超短脉冲泵浦条件下，微腔内信号光、超短脉冲泵浦光、以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用发生变化，并显著影响透射光的动态演化过程。因此，通过精细调节脉冲泵浦光相对于信号光的延迟发射时间，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的双稳态，从而可以在微腔整个非线性双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的可控单向光传输。

Description

一种全光二极管可控单向光传输装置及方法
技术领域
本发明涉及微纳光子学领域，特别涉及基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置和方法。
背景技术
全光二极管是一种重要的微纳光学器件，其目的是实现光的非互易传输，即允许光仅沿着一个方向传输，而相反方向的光传输则被抑止。这与具有p-n结的电子二极管的单向传输效应非常类似，因而在全光计算、激光技术、全光信息处理等领域具有广泛的应用前景。
打破光传输的时间反演对称性是实现全光二极管的关键。目前，人们已经提出了许多不同的实现光非互易传输的机制和方法，例如使用超材料、可调液晶、磁光材料、不可逆损耗、非线性谐波产生等。其中，基于磁光效应的非互易光传输是研究得最早、最广泛的，但是由于它需要外加强磁场以及在制作工艺上无法与标准的硅(Si)基CMOS工艺相匹配，因此很难适用于如今高度集成的光子芯片。而基于非线性光学效应的非互易光传输则不需要外加强磁场，而是借助非线性光学效应对微腔折射率进行非对称调控，从而实现光的非互易传输。这种方式能够实现全光操控，而且适合于半导体CMOS工艺的光子芯片集成，是当前非互易光传输研究的主流方式。
为实现超高的非互易光传输对比度(定义为在相同条件下的正向和反向传输时的透射率之比)，采用Fano微腔-波导结构是一种较为理想的解决方案，其典型特征是Fano透射谱线具有明显的不对称性，并且从谱线的谷值(透射率为0)到峰值有着尖锐的突变。然而，所有Fano型光二极管的工作带宽都极小(不超过0.005nm)，而且需要用到多个特殊设计的微腔，这些限制了其实际应用。因此，寻找一种仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作宽的非互易光传输方法是十分重要和关键的。
另一方面，在全光信号处理和光计算中，我们有时需要光二极管的导通方向可以反转(即既可以实现信号光的正向导通，又可根据需要将其切换为反向导通)，并且这种反转是可控的，这显然比单一导通方向的光二极管的设计更具挑战性，将十分有利于光子系统的集成与应用。近来，Miroshnichenko等人利用含有液晶材料的周期性结构、李潮等人利用两个级联微腔多稳态间的可控光子跃迁分别实现了可控的光二极管导通方向反转。然而，当前几乎所有的全光二极管只能对不同的波段的信号光实现导通方向反转，而不能对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。显然，后者在全光信号处理中是十分重要的。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置，仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作带宽，并对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。
本发明的另一目的在于提供上述基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种全光二极管可控单向光传输装置，其包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔-波导结构；
所述非对称光子晶体微腔-波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2-6倍；
所述波长可调谐连续波激光器用于提供入射信号光；所述功率可调超短脉冲激光器用于对全光二极管的单向光传输进行调控；所述入射信号光的工作波长位于光子晶体带隙范围内，且比所述单模光子晶体微腔的谐振波长大2nm到22nm；
所述可调光延迟线用于调节所述功率可调超短脉冲激光器相对于连续波激光器的延迟发射时间。
进一步地，所述装置还包括第一可变光衰减器、第二可变光衰减器、光纤耦合器、偏正控制器、透镜光纤和光探测器；波长可调谐连续波激光器的输出通过第一可变光衰减器与光纤耦合器的一个输入端连接，功率可调超短脉冲激光器与可调光延迟线连接，可调光延迟线的输出与光纤耦合器的另一个输入端连接，光纤耦合器的输出经过偏正控制器后再通过透镜光纤与非对称光子晶体微腔-波导结构的输入端连接，非对称光子晶体微腔-波导结构的输出端通过透镜光纤与光探测器连接。
进一步地，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的光子晶体由Si材料圆形介质柱构成正方晶格，所述介质柱的直径为0.36a，折射率为3.48，其中a为光子晶体的晶格常数；所述单模光子晶体微腔由直径为0.21a、非线性Kerr系数为1×10-5m2/W的圆形Si材料介质柱构成，微腔的左右两侧各由两个直径为0.36a的Si材料圆形介质柱构成微腔的左腔壁和右腔壁。
进一步地，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的多个Si材料圆形介质柱形成阵列排布，左侧光子晶体波导由所述阵列中移去2个排成一行的介质柱形成，所述右侧光子晶体波导由所述阵列中移去8个排成一行的介质柱形成。
基于所述全光二极管可控单向光传输装置的全光二极管可控单向光传输方法，其包括以下步骤：
步骤一：移动光子晶体微腔的左腔壁和右腔壁，使左腔壁和右腔壁最靠近光子晶体微腔的介质柱离微腔的中心距离均为0.85a；此时左侧光子晶体波导的长度变为2.15a，右侧光子晶体波导的长度变为8.15a。这些设计的使得光子晶体微腔和左侧光子晶体波导之间的耦合系数恰好等于微腔与右侧光子晶体波导之间的耦合系数；
步骤二：为实现在相同泵浦条件下的非互易光传输，把非对称光子晶体微腔-波导结构的泵浦光即超短激光脉冲入射端口固定于左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导的外侧；
步骤三：当泵浦光的发射位置固定后，波长位于光子晶体带隙范围内且大于微腔谐振波长的连续波信号光从左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导入射；而作为泵浦光的超短激光脉冲相比于连续波信号光延迟发射，延迟时间设为td；在信号光和泵浦光功率一定时，分别探测出信号光正向入射(从左到右)和反向入射(从右到左)时，为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间td值。
进一步地，当需实现信号光的正向导通而反向截止时，进行以下操作：
在步骤三中，探测出信号光正向传输时为达高透射态所需的td值，并确保超短脉冲延迟时间取这些td值时，信号光的反向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些td值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受td调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光正向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光正向传输高透，即导通；而当信号光反向传输时，微腔内的能量在td调控下变得很弱，使得微腔谐振波长的红移量很小，不能和入射信号光波长匹配谐振，从而实现信号光反向传输低透，即截止。
进一步地，当需要在同一信号光波长下，实现全光二极管导通方向的可控反转，将全光二极管的正向导通、反向截止切换为反向导通而正向截止时，进行以下操作：
在步骤三中，探测出信号光反向传输时为达高透射态所需的td值，并确保超短脉冲延迟时间取这些td值时，信号光的正向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些td值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受td调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光反向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光反向传输高透，即导通；而当信号光正向传输时，微腔内的能量在td调控下变得很弱，使得微腔谐振波长的红移量很小，不能和入射信号光波长匹配谐振，从而实现信号光正向传输低透，即截止。
本发明的原理如下：本发明的左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导均由移去一行Si介质柱形成，在波导的输入和输出端口处，由于空气-波导界面的模式失配，使得波导两端将具有部分反射效应，从而可以将有限长度的波导当作一个等效F-P腔。由于左侧光子晶体波导和长波导的长度不同且差距显著，故这两个光子晶体波导可以等效为两个长度不同的F-P腔，这两个F-P腔的透射频谱也会因此产生显著区别。由于本发明中左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列，故可通过移动微腔左右两端腔壁的位置，对两个光子晶体波导的长度进行精确调节。当微腔左右两端腔壁移动到某一合适位置的时候，左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的长度也将产生相应变化，使得两个等效F-P腔的透射谱在本全光二极管的工作频段(在微腔谐振频率附近)具有相同的透射率。此时，微腔与左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的耦合系数将相等，从而保证全光二极管在导通时具有较高的透射率。同时，微腔与左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的耦合系数相等还将导致信号光正向入射和反向入射的双稳区间在频域上完全重合，如果能使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的透射态(高透射态或低透射态)，则可以在整个双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的非互易光传输。
而本发明所采用的非对称微腔-波导结构，可以实现上述目的。在本结构中，右侧光子晶体波导的长度显著大于左侧光子晶体波导的长度，这样，即使在相同的脉冲延迟时间td下，信号光正向传输时超短脉冲光和信号光分别到达微腔的时间差(此时信号光和作为泵浦光的超短脉冲均经由左侧光子晶体波导耦合入微腔)，要大于信号光反向传输时超短脉冲光和信号光分别到达微腔的时间差(此时作为泵浦光的超短脉冲仍经由左侧光子晶体波导耦合入微腔，但信号光经由右侧光子晶体波导耦合入微腔)。这种差异，使得为达微腔双稳态的高透射态，信号光正向传输和反向传输时所需的脉冲延迟时间td彼此错开。因此，我们总可以找到合适的td，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的透射态(高透射态或低透射态)，从而可以在整个双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的非互易光传输。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)现有的导通方向可反转全光二极管只能对不同的波段的信号光实现导通方向反转，而不能对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。而本发明通过非对称微腔-波导结构的设计，利用信号光正向和反向传输时分别经由右侧光子晶体波导和左侧光子晶体波导到达微腔的时间差异，使得微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用产生显著区别，从而对微腔的双稳态(高透射态或低透射态)进行调控，对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转，这对全光信号处理中是十分重要的。
(2)现有的导通方向可反转全光二极管的物理机制主要是借助含有液晶材料的周期性结构、或者是利用两个级联微腔多稳态间的可控光子跃迁，然而前者的液晶材料与半导体CMOS工艺不兼容，而且液晶材料的响应速度较慢，不利于全光二极管的高速响应；而后者需要用到两个级联微腔，并且需要用到两束泵浦激光脉冲对级联微腔的多稳态进行操控，其结构和操作相对比较复杂。而本发明只需用一个微腔，而且只需用一个泵浦激光脉冲对微腔的双稳态进行操控，其结构和操作都很简单，易于集成。本发明对微腔双稳态进行的操控借助的是瞬态Kerr效应，其光响应速度为fs量级，远快于液晶的响应速度，而且所用的Si材料与目前的CMOS工艺兼容。
(3)本发明通过精细移动微腔左右两端腔壁的位置，对左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的长度进行精确调节，使得微腔与左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的耦合系数相等，从而保证全光二极管在导通时具有较高的透射率。同时，微腔与左侧光子晶体波导和右侧光子晶体波导的耦合系数相等还将导致信号光正向入射和反向入射的双稳区间在频域上完全重合。通过选择合适的超短脉冲相对于信号光的延迟时间，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的双稳透射态(高透射态或低透射态)，从而可以在整个双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的非互易光传输，其带宽可达10nm，远大于当前所普遍采用的Fano型全光二极管的带宽(不超过0.005nm)。
(4)现有的基于非线性微腔的全光二极管，都是通过调节信号光功率或泵浦激光脉冲功率对信号光的非互易光传输进行操控的，而本发明不仅可以通过调节信号光功率或泵浦激光脉冲功率对信号光的非互易光传输进行操控，而且还提出了一种新的手段，通过选择合适的超短脉冲相对于信号光的延迟时间来对信号光的非互易光传输进行精确操控，因此具有更高的操控自由度。
附图说明
图1为本发明的实施例的信号光正向入射(从左到右)时一种全光二极管可控单向光传输装置的组成示意图。
图2为本发明的实施例的光子晶体非对称微腔-波导结构的示意图。
图3为本发明的实施例的信号光反向入射(从右到左)时一种全光二极管可控单向光传输装置的组成示意图。
图4为本发明的实施例的信号光正向入射和反向入射时，为达微腔双稳态的“高透射态”所需的脉冲延迟时间td值数据图。
图5为本发明的实施例的td＝2.31ps时，相同信号光正向入射和反向入射时全光二极管透射率的动态演化图。
图6为本发明的实施例的td＝2.92ps时，相同信号光正向入射和反向入射时全光二极管透射率的动态演化图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种全光二极管可控单向光传输装置包括波长可调谐连续波激光器(CW LD)1、第一可变光衰减器(VOA)2、功率可调超短脉冲激光器(Pulsed LD)3、可调光延迟线(VODL)4、第二可变光衰减器(VOA)5、光纤耦合器(FC)6、偏正控制器(PC)7、透镜光纤(LF)8、非对称光子晶体微腔-波导结构9、透镜光纤(LF)10、光探测器(PD)11。
波长可调谐连续波激光器1用于提供信号光，其波长在1529nm到1609nm连续可调，调谐精度1MHz，频谱线宽100kHz；超短脉冲激光器3用于提供泵浦光，其中心波长为λ＝(1550±2)nm，脉宽为200fs，重复频率为350MHz。
如图2所示，本实施例的光子晶体非对称微腔-波导结构9由15×11的Si材料圆形介质柱构成正方晶格，沿xy平面排布，每根介质柱的折射率为3.48，高度(垂直于xy平面)h＝1.8μm，直径d＝0.36a，其中a＝578nm为晶格常数。非对称光子晶体微腔-波导结构9由左侧光子晶体波导12、单模光子晶体微腔13、右侧光子晶体波导14、以及单模光子晶体微腔的左腔壁15和右腔壁16组成。所述单模光子晶体微腔13由直径为0.18a、非线性Kerr系数为1×10-5μm2/W的圆形Si介质柱构成，微腔的左右两侧各由两个直径为0.36a的Si材料圆形介质柱构成微腔的左腔壁15和右腔壁16。微腔13的谐振波长为1538nm，腔模线宽为1.1nm。在所述的15×11阵列中，所述左侧光子晶体波导12由移去2个排成一行的介质柱而形成，右侧光子晶体波导14由移去8个排成一行的介质柱而形成。
本实施例的一种全光二极管可控单向光传输装置实现光传输的正向高透而反向低透的方法，包括以下步骤：
第一步：移动左腔壁15和右腔壁16，使左腔壁15右侧最靠近微腔13的介质柱以及右腔壁16左侧最靠近微腔13的介质柱离光子晶体微腔13的中心距离均为0.85a；此时左侧光子晶体波导12的长度变为2.15a，右侧光子晶体波导14的长度变为8.15a。这些设计使得微腔13和左侧光子晶体波导12之间的耦合系数恰好等于微腔13与右侧光子晶体波导14之间的耦合系数，从而保证全光二极管在导通时具有较高的透射率；
第二步：为实现在相同泵浦条件下的非互易光传输，把作为泵浦光的超短激光脉冲3射入光子晶体微腔-波导结构9的入射端口固定于左侧光子晶体波导12左端口的左侧；
第三步：开启波长可调谐连续波激光器1发射信号光，将其工作波长调为1550nm，调节第一可变光衰减器2将其功率调至120毫瓦，并利用偏振控制器7令波长可调谐连续波激光器1的电场偏振沿垂直于xy平面方向(即横磁模，TM偏振)。如图1所示，波长可调谐连续波激光器1发出的信号光经透镜光纤8聚焦后沿2维光子晶体平面(即xy面)射入左侧光子晶体波导12(即正向入射)，并耦合入光子晶体微腔13。
第四步：把作为泵浦光的超短脉冲激光器3的中心波长设为1550nm，脉宽为40fs，利用可调光延时线4，将超短脉冲激光器3相对于连续波激光器1延迟发射，延迟时间设为td，并调节第二可变光衰减器5将其功率调至150瓦。超短脉冲激光器3发射的泵浦光经可调光延时线4、第二可变光衰减器5、光纤耦合器6、以及偏振控制器7后，再经透镜光纤8聚焦，射入左侧光子晶体波导12，对光子晶体微腔13进行泵浦。在信号光和泵浦光功率一定时，通过可调光延时线4改变延迟时间td，探测出信号光正向入射时，为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间td值，数据如图4中黑色圆点所示，可见这些数据并不是连续的，而是离散的。
第五步：根据第四步所得的信号光正向入射时为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间td值，利用可调光延时线4，将超短脉冲激光器3相比于连续波激光器1延迟发射的时间设定为td＝2.31ps，从而对微腔13内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用进行调控，并显著影响透射光的动态演化过程，使正向光传输达到高透射态，如图5所示。
第六步：在图1中系统的基础上，掉转波长可调谐连续波激光器1的入射方向(如图3所示)，使连续波激光器1发出的信号光从右侧光子晶体波导14入射(即反向入射)，而作为泵浦光的超短脉冲激光器3的射入光子晶体微腔-波导结构8的入射端口仍然固定于左侧光子晶体波导12左端口的左侧。
第七步：保持连续波激光器1和超短脉冲激光器3的波长和功率不变，当连续波激光器1发出的信号光从右侧光子晶体波导14入射(即反向入射)时，探测出为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间td值，数据如图4中三角形所示。可见，为达微腔双稳态的高透射态，信号光正向传输和反向传输时所需的脉冲延迟时间td彼此错开。这种错开正是由左侧光子晶体波导12和右侧光子晶体波导14的显著长度差异引起。因此，我们总可以找到合适的td，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的双稳态(高透射态或低透射态)。本实施例中，将脉冲激光器3的延迟时间避开图4中三角形所示的td值而取图4中黑色圆点所示的任一td值，例如仍取td＝2.31ps(延迟时间td和第五步中的相同)，将使信号光反向传输经动态演化至低透射态，如图5所示。这样，便可实现全光二极管的正向高透而反向低透，即正向导通。
第八步：将波长可调谐连续波激光器1的波长在1540nm到1560nm范围内每隔1nm选取一个波长，其他设置均不变，重复以上步骤，便可发现在1548nm到1556nm的带宽内，实现正向高透(大于70％)而反向低透(小于1％)，从而获得较高的对比度(超过20dB)及较大的工作带宽(约8nm)。
实施例2
本实施例的一种全光二极管可控单向光传输装置，为了在同一信号光波长下，实现全光二极管导通方向的可控反转(即由实施例1的全光二极管的正向导通切换为反向导通)，除下述特征外，其余特征均与实施例1同。
将超短脉冲激光器3相对于连续波激光器1的延迟发射时间td设为如图4中三角形所示的任意值，这些值代表着为达微腔双稳态的高透射态，信号光反向传输时所需的脉冲延迟时间td值。
将连续波激光器1发出的信号光从右侧光子晶体波导14反向入射，并利用可调光延时线4，将超短脉冲激光器3相比于连续波激光器1延迟发射的时间设定为图4中三角形所示的任意值，例如取为td＝2.92ps，从而对微腔13内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用进行调控，并显著影响透射光的动态演化过程，使反向光传输达到高透射态，如图6所示。
而当连续波激光器1发出的信号光从左侧光子晶体波导12正向入射时，利用可调光延时线4，将超短脉冲激光器3相比于连续波激光器1延迟发射的时间仍然设定为td＝2.92ps。由于为达微腔双稳态的高透射态，信号光正向传输和反向传输时所需的脉冲延迟时间td彼此不同，因此当td＝2.92ps使信号光反向传输达到高透射态时，信号光的正向传输必然将动态演化至低透射态，如图6所示。这样便可实现反向高透(约78％)而正向低透(小于1％)，从而获得极高的对比度(超过20dB)及较大的工作带宽(约8nm)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔-波导结构；
所述非对称光子晶体微腔-波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2-6倍；所述波长可调谐连续波激光器用于提供入射信号光；所述功率可调超短脉冲激光器用于对全光二极管的单向光传输进行调控；所述入射信号光的工作波长位于光子晶体带隙范围内，且比所述单模光子晶体微腔的谐振波长大2nm到22nm；
所述可调光延迟线用于调节所述功率可调超短脉冲激光器相对于连续波激光器的延迟发射时间。
2.根据权利要求1所述的一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，还包括第一可变光衰减器、第二可变光衰减器、光纤耦合器、偏正控制器、透镜光纤和光探测器；波长可调谐连续波激光器的输出通过第一可变光衰减器与光纤耦合器的一个输入端连接，功率可调超短脉冲激光器与可调光延迟线连接，可调光延迟线的输出与光纤耦合器的另一个输入端连接，光纤耦合器的输出经过偏正控制器后再通过透镜光纤与非对称光子晶体微腔-波导结构的输入端连接，非对称光子晶体微腔-波导结构的输出端通过透镜光纤与光探测器连接。
3.根据权利要求1所述的一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的光子晶体由Si材料圆形介质柱构成正方晶格，所述介质柱的直径为0.36a，折射率为3.48，其中a为光子晶体的晶格常数；所述单模光子晶体微腔由直径为0.21a、非线性Kerr系数为1´10-5m2/W的圆形Si材料介质柱构成，微腔的左右两侧各由两个直径为0.36a的Si材料圆形介质柱构成微腔的左腔壁和右腔壁。
4.权利要求1所述的一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的多个Si材料圆形介质柱形成阵列排布，左侧光子晶体波导由所述阵列中移去2个排成一行的介质柱形成，所述右侧光子晶体波导由所述阵列中移去8个排成一行的介质柱形成。
5.基于权利要求1~4任一项所述的一种全光二极管可控单向光传输装置的全光二极管可控单向光传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：移动光子晶体微腔的左腔壁和右腔壁，使左腔壁和右腔壁最靠近光子晶体微腔的介质柱离微腔的中心距离均为0.85a；此时左侧光子晶体波导的长度变为2.15a，右侧光子晶体波导的长度变为8.15a；这些设计的使得光子晶体微腔和左侧光子晶体波导之间的耦合系数恰好等于微腔与右侧光子晶体波导之间的耦合系数；
步骤二：为实现在相同泵浦条件下的非互易光传输，把非对称光子晶体微腔-波导结构的超短激光脉冲泵浦光入射端口固定于左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导的外侧；
步骤三：当超短激光脉冲泵浦光的发射位置固定后，波长位于光子晶体带隙范围内且大于微腔谐振波长的连续波信号光从左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导入射；而作为泵浦光的超短激光脉冲相比于连续波信号光延迟发射，延迟时间设为t d；在信号光和泵浦光功率一定时，分别探测出信号光正向入射和反向入射时，为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间t d值。
6.根据权利要求5所述的基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输方法，其特征在于，当需实现信号光的正向导通而反向截止时，进行以下操作：
在步骤三中，探测出信号光正向传输时为达高透射态所需的t d值，并确保超短脉冲延迟时间取这些t d值时，信号光的反向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些t d值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受t d调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光正向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光正向传输高透，即导通；而当信号光反向传输时，微腔内的能量在t d调控下变得很弱，使得微腔谐振波长的红移量很小，不能和入射信号光波长匹配谐振，从而实现信号光反向传输低透，即截止。
7.根据权利要求5所述的基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输方法，其特征在于，当需要在同一信号光波长下，实现全光二极管导通方向的可控反转，将全光二极管的正向导通、反向截止切换为反向导通而正向截止时，进行以下操作：
在步骤三中，探测出信号光反向传输时为达高透射态所需的t d值，并确保超短脉冲延迟时间取这些t d值时，信号光的正向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些t d值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受t d调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光反向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光反向传输高透，即导通；而当信号光正向传输时，微腔内的能量在t d调控下变得很弱，使得微腔谐振波长的红移量很小，不能和入射信号光波长匹配谐振，从而实现信号光正向传输低透，即截止。
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