一種基于超材料的波導式光憶阻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電材料領(lǐng)域，涉及一種基于超材料的波導式光憶阻器。
【背景技術(shù)】
[0002]1971年美國加州大學伯克利分校的蔡少棠教授基于電路理論邏輯上的完整性提出了憶阻器的概念。顧名思義，憶阻器是對電阻具有記憶效應的器件或體系，被認為是除電阻、電容和電感外的第四個基本無源電路元件。2008年惠普公司的Strukov等人在摻雜了氧空位的TiCV薄膜中觀察到了明顯的憶阻行為，在外加電場的作用下，氧離子沿電場方向移動，導致了材料內(nèi)部摻雜區(qū)域與非摻雜區(qū)域比例的變化，從而表現(xiàn)出了憶阻行為。此后，憶阻器才被廣泛關(guān)注。先后有大量的憶阻體系被報道，如金屬氧化物薄膜、有機物薄膜和納米顆粒等。
[0003]Engheta等人報道了光學納米電路，他們利用光場與納米結(jié)構(gòu)的反應得到功能化的光電容、電感和電阻。當把位移電流類比為光電流時，利用納米尺寸的介質(zhì)可以得到光電容和光電感。Kamran Eshraghian指出，S1、S1#P Si 3N4等介電常數(shù)的實部大于O的材料可以作為光電容，金屬等介電常數(shù)小于O的材料可以作為光電感。此時，有一個問題擺在研宄者們面前，就是能不能得到光憶阻器。光憶阻器應該具有類似于憶阻器的性能，只是工作在電磁場中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于超材料的波導式光憶阻器。
[0005]本發(fā)明提供的光憶阻器(也即憶阻器)，包括光憶阻、波導、傳輸線和填充介質(zhì)；
[0006]其中，所述光憶阻位于所述波導內(nèi)，所述波導內(nèi)的剩余空間填充所述填充介質(zhì)；
[0007]所述傳輸線位于所述波導外，且分別與所述波導的兩端相連；
[0008]所述光憶阻的個數(shù)至少為一個。
[0009]光憶阻器具有與憶阻器類似的性質(zhì)，只是激勵信號為電磁波。與憶阻器類比，透射率相當于憶阻器中的電阻，入射電磁場能量相當于加載電壓。光憶阻為實現(xiàn)光憶阻器功能的核心元件。
[0010]上述光憶阻器也可只由所述光憶阻、波導、傳輸線和填充介質(zhì)組成。
[0011]上述光憶阻器中，所述傳輸線可通過點焊或螺絲等方式與所述波導連接。
[0012]構(gòu)成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒、導電金屬材料或非正定介質(zhì)；
[0013]其中，所述陶瓷顆粒具體為CaTi03、51*1103或BaT1 3;
[0014]所述導電金屬材料具體為金、銀或銅；
[0015]所述非正定介質(zhì)具體為石墨、二硫化鉬或磷酸鈦氧鉀；
[0016]構(gòu)成所述填充介質(zhì)的材料為對所述光憶阻器的使用頻段透明的材料，具體可為聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯位于微波頻段。
[0017]所述陶瓷顆粒的粒徑為lym-2ym，介電常數(shù)為1_10000，介電損耗角正切低于0.1。
[0018]構(gòu)成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒，所述光憶阻的形狀為立方體、球體；其中，所述立方體具體可為正方體或球體。所述正方體的邊長具體可為0.5mm-10mm，更具體可為2mm ;所述球體的直徑具體可為0.5mm-10mm，更具體可為2mm。所述形狀為立方體或球體的光憶阻，可由CaTi03、31*1103或BaT1 3于1400°C _1450°C燒結(jié)后冷卻至室溫而得。
[0019]構(gòu)成所述光憶阻的材料為導電金屬材料，所述光憶阻為導電金屬材料本體，且所述本體具有一缺口 ；電感L部分由所述導電金屬材料構(gòu)成，電容C部分由所述缺口構(gòu)成，且所述電感L部分的兩個端面作為所述電容C部分的電極。
[0020]所述本體的形狀為方形、圓形或Ω形。
[0021]所述光憶阻的個數(shù)不少于一個且構(gòu)成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒或非正定介質(zhì)時，所述光憶阻在所述波導內(nèi)周期性排列，且相鄰兩光憶阻之間的間距相同。
[0022]所述周期性排列具體可為矩陣式排列。
[0023]另外，上述本發(fā)明提供的光憶阻器在制備光學器件中的應用及含有所述光憶阻器的光學器件，也屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024]本發(fā)明提供了一種能夠用于光路系統(tǒng)的波導式光憶阻器，其透射率在電磁場的加載下表現(xiàn)出有高低透射率的變化，并具有記憶效應。該波導式光憶阻器可以用作一種光學元器件，使現(xiàn)有的光路設計更富有功能性，能使光學產(chǎn)品，如矢量網(wǎng)絡分析儀等，向功能更豐富的方向發(fā)展。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例1所得光憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]其中，I為波導；2為光憶阻；3為填充介質(zhì)；4為傳輸線；
[0027]圖2為光憶阻器一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現(xiàn)出雙向記憶性。
[0028]圖3為光憶阻器另一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現(xiàn)出雙向記憶性。
[0029]圖4為光憶阻器另一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現(xiàn)出單向記憶性。
[0030]圖5為光憶阻器另一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現(xiàn)出單向記憶性。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。
[0032]實施例1、
[0033]該實施例所得光憶阻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由7個光憶阻2、1個波導1、傳輸線4和填充介質(zhì)3組成；
[0034]其中，7個光憶阻2均位于波導I內(nèi)，并在波導內(nèi)按照矩陣式排列方式排列，且相鄰兩光憶阻之間的間距相同；波導I內(nèi)的剩余空間填充填充介質(zhì)3 ;
[0035]傳輸線4位于波導I外，且分別與波導I的兩端通過點焊的方式相連；
[0036]構(gòu)成光憶阻的材料為粒徑為I μπι-2 μπκ介電常數(shù)為110、介質(zhì)損耗角正切為0.002的鈦酸鈣顆粒；
[0037]構(gòu)成填充介質(zhì)的材料為對該光憶阻器的使用頻段透明的材料聚四氟乙烯；
[0038]每個光憶阻可按照如下方法制得:將粒徑為I μ??-2 μπκ介電常數(shù)為110、介質(zhì)損耗角正切為0.002的鈦酸媽顆粒在1400°C燒結(jié)后，冷卻至室溫，切成長寬高均為2mm的正方體即得。
[0039]實施例2
[0040]該實施例所得光憶阻器由I個光憶阻、I個波導1、傳輸線和填充介質(zhì)組成；
[0041]其中，光憶阻位于波導內(nèi)；波導內(nèi)的剩余空間填充填充介質(zhì)；
[0042]傳輸線位于波導外，且分別與波導的兩端通過點焊的方式相連；
[0043]光憶阻為銅環(huán)本體，且銅環(huán)上具有一缺口 ；銅環(huán)的邊長為4mm，寬為0.5mm，缺口為0.3mm。缺口部分相當于電容C，其他的金屬部分相當于電感L ；
[0044]構(gòu)成填充介質(zhì)的材料為對該光憶阻器的使用頻段透明的材料聚四氟乙烯。
[0045]實施例3
[0046]實施例1和2所得光憶阻器的性能可以使用矢量網(wǎng)絡分析儀進行檢查，矢量網(wǎng)絡分析儀具有功率掃描、時間掃描和線性頻率掃描功能，可以很好的檢測制備所得光憶阻器的性能。
[0047]其中，實施例1和2所得光憶阻器均具有形如圖2、圖3、圖4和圖5的響應。
[0048]圖2中光憶阻器初始狀態(tài)為低透射率狀態(tài)，在入射功率上升的過程中經(jīng)歷由低透射率向高透射率的轉(zhuǎn)換，并維持此種透射率狀態(tài)，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。
[0049]與圖2相反，圖3中給出了一種高初始透射率狀態(tài)的光憶阻器響應結(jié)果示意圖。
[0050]圖4和圖5給出了單向透射率保持的情況。由于光憶阻器的響應取決于圖1中所示有效光憶阻介質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)，因而會對外呈現(xiàn)出的響應不限于圖2、圖3、圖4和圖5所示，凡在電磁場加載過程中透射率出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，并能單向或雙向保持的現(xiàn)象，均可認為是光憶阻行為。
【主權(quán)項】
1.一種憶阻器，包括光憶阻、波導、傳輸線和填充介質(zhì)； 其中，所述光憶阻位于所述波導內(nèi)，所述波導內(nèi)的剩余空間填充所述填充介質(zhì)； 所述傳輸線位于所述波導外，且分別與所述波導的兩端相連； 所述光憶阻的個數(shù)至少為一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻器，其特征在于:所述憶阻器由所述光憶阻、波導、傳輸線和填充介質(zhì)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的憶阻器，其特征在于:構(gòu)成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒、導電金屬材料或非正定介質(zhì)； 其中，所述陶瓷顆粒具體為CaT13、31*1103或BaT1 3; 所述導電金屬材料具體為金、銀或銅； 所述非正定介質(zhì)具體為石墨、二硫化鉬或磷酸鈦氧鉀； 構(gòu)成所述填充介質(zhì)的材料為對所述憶阻器的使用頻段透明的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憶阻器，其特征在于:所述陶瓷顆粒的粒徑為Iym-2 μπι，介電常數(shù)為1-10000，介電損耗角正切低于0.1o
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的憶阻器，其特征在于:構(gòu)成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒，所述光憶阻的形狀為立方體或球體； 構(gòu)成所述光憶阻的材料為導電金屬材料，所述光憶阻為導電金屬材料本體，且所述本體具有一缺口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的憶阻器，其特征在于:所述本體為方形、圓形或Ω形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的憶阻器，其特征在于:形狀為立方體或球體的所述光憶阻是按照包括如下步驟的方法制得:將CaTi03、31*1103或BaT1 3于1400°C _1450°C燒結(jié)后冷卻至室溫而得。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的憶阻器，其特征在于:所述光憶阻的個數(shù)不少于一個且構(gòu)成所述光憶阻的材料為所述陶瓷顆粒或所示非正定介質(zhì)時，所述光憶阻在所述波導內(nèi)周期性排列，且相鄰兩光憶阻之間的間距相同。
9.權(quán)利要求1-8中任一所述憶阻器在制備光學器件中的應用。
10.含有權(quán)利要求1-9中任一所述憶阻器的光學器件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超材料的波導式光憶阻器。該光憶阻器，包括光憶阻、波導、傳輸線和填充介質(zhì)；其中，所述光憶阻位于所述波導內(nèi)，所述波導內(nèi)的剩余空間填充所述填充介質(zhì)；所述傳輸線位于所述波導外，且分別與所述波導的兩端相連；所述光憶阻的個數(shù)至少為一個。該波導式光憶阻器的透射率在電磁場的加載下表現(xiàn)出有高低透射率的變化，并具有記憶效應。該波導式光憶阻器可以用作一種光學元器件，使現(xiàn)有的光路設計更富有功能性，能使光學產(chǎn)品，如矢量網(wǎng)絡分析儀等，向功能更豐富的方向發(fā)展。
【IPC分類】G02B6-122
【公開號】CN104597563
【申請?zhí)枴緾N201410850612
【發(fā)明人】周濟, 吳紅亞
【申請人】清華大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月31日