具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做详细的说明。

实施例1

图1为一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪的示意图。由上基板1，调制器2，双折射材料3以及下基板4构成。其中调制器制备于下基板上，双折射材料填充与上下基板之间，并包裹整个调制器结构。

使用液晶作为双折射材料。可采用电驱动方式驱动液晶。下基板为像素化的液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

调制器部分的结构俯视示意图如图2所示。与公知的集成波导马赫-曾德尔干涉仪的基本结构与干涉原理相同。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光，其中一路光经过移相器时相位被调制，再通过3dB定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。如图3(b)所示，纳米粒子与波导具有相同的横截面，而长度L均为243nm，纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为400nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

干涉仪的工作原理如下：当器件接受控制信号后，在上下基板之间施加相应的电压，液晶层内部形成电场；液晶分子在电场的作用下，指向矢发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使米氏共振产生的相位延迟量发生改变。因此通过外部的电压偏置可以实现对光相位的调制，控制两路输入光之间的相位差，最终控制两束输出光的功率。

实施例2

根据本发明提出的基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪，实现一种马赫-曾德尔调制器。其基本结构与实施例1中所述结构相同，即由上基板、调制器、双折射材料以及下基板构成。其中双折射材料为液晶，下基板为像素化液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

调制器部分的结构俯视示意图如图4所示。单色光从输入端口耦合输入波导，经过3dB分束器后，光分成功率相等的两路光，其中一路光经过移相器时相位被调制。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。两路光再通过3dB合束器并发生干涉，经合束后输出的光的功率由两路光的相位差决定。最后输出光通过耦合输出端输出。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。如图3(b)所示，纳米粒子与波导具有相同的横截面，而长度L均为243nm，纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为400nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

基于本发明的马赫-曾德尔调制器的工作原理如下：当器件接受控制信号后，在上下基板之间施加相应的电压，液晶层内部形成电场；液晶分子在电场的作用下，指向矢发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使移相器中米氏共振产生的相位延迟量发生改变。因此通过外部的电压偏置可以实现对光相位的调制，从而控制经分束器后的两路光之间的相位差，最终控制耦合输出光的强度。

实施例3

根据本发明提出的基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪，实现一种2×2光学门。其基本结构与实施例1中所述结构相同，即由上基板、调制器、双折射材料以及下基板构成。其中双折射材料为液晶，下基板为像素化液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

调制器部分的结构俯视示意图如图5所示。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光。每一路光都需经过移向器，从而调制其相位。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。然后两路光再通过定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。如图3(b)所示，纳米粒子与波导具有相同的横截面，而长度L均为243nm，纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为400nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

基于本发明的2×2光学门的工作原理如下：当器件接受控制信号后，在上下基板之间施加相应的电压，液晶层内部形成电场；液晶分子在电场的作用下，指向矢发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使移相器中米氏共振产生的相位延迟量发生改变。其中下基板的像素化液晶驱动电路可实现像素化的电压控制，即针对调制器中的两个移相器，可施加不同的电压，使得两个移相器的相位延迟可分别独立控制。因此通过外部的电压偏置可以实现对两路光相位的调制。由于两路光的相位均可调制，因此该光路具有两个自由度，可最终实现对两路耦合输出光的强度传输系数和相位差的控制。基于上述原理，可以对强度传输系数进行设计，再相应地通过控制输入电压，将耦合输入的光完全耦合到任意一路输出，实现2×2光学门。

实施例4

图1为一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪的示意图。由上基板1，调制器2，双折射材料3以及下基板4构成。其中调制器制备于下基板上，双折射材料填充与上下基板之间，并包裹整个调制器结构。

使用液晶作为双折射材料。可采用电驱动方式驱动液晶。下基板为像素化的液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

调制器部分的结构俯视示意图如图6所示。与公知的集成波导马赫-曾德尔干涉仪的基本结构与干涉原理相同。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光，其中一路光经过移相器时相位被调制，再通过3dB定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。移相器俯视示意图如图7所示，纳米粒子为纳米柱，直径D为340nm，高同样为H＝220nm。纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为510nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

干涉仪的工作原理如下：当器件接受控制信号后，在上下基板之间施加相应的电压，液晶层内部形成电场；液晶分子在电场的作用下，指向矢发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使米氏共振产生的相位延迟量发生改变。因此通过外部的电压偏置可以实现对光相位的调制，控制两路输入光之间的相位差，最终控制两束输出光的功率。

实施例5

图1为一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪的示意图。由上基板1，调制器2，双折射材料3以及下基板4构成。其中调制器制备于下基板上，双折射材料填充与上下基板之间，并包裹整个调制器结构。

使用液晶作为双折射材料。可采用电驱动方式驱动液晶。下基板为像素化的液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

调制器部分的结构俯视示意图如图6所示。与公知的集成波导马赫-曾德尔干涉仪的基本结构与干涉原理相同。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光，其中一路光经过移相器时相位被调制，再通过3dB定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。移相器俯视示意图如图7所示，纳米粒子为纳米柱，直径D为340nm，高同样为H＝220nm。纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为510nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

为减少光由于几何突变或折射率跳变产生的损耗，采用混合锥形耦合器对耦合效率进行优化。加入混合锥形耦合器的移相器俯视示意图如图8所示。

干涉仪的工作原理如下：当器件接受控制信号后，在上下基板之间施加相应的电压，液晶层内部形成电场；液晶分子在电场的作用下，指向矢发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使米氏共振产生的相位延迟量发生改变。因此通过外部的电压偏置可以实现对光相位的调制，控制两路输入光之间的相位差，最终控制两束输出光的功率。

实施例6

图1为一种基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪的示意图。由上基板1，调制器2，双折射材料3以及下基板4构成。其中调制器制备于下基板上，双折射材料填充与上下基板之间，并包裹整个调制器结构。

使用液晶作为双折射材料。可采用光驱动方式驱动液晶。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用玻璃材料，使驱动光可以透过。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用光取向方式，取向剂采用SD1材料。

调制器部分的结构俯视示意图如图2所示。与公知的集成波导马赫-曾德尔干涉仪的基本结构与干涉原理相同。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光，其中一路光经过移相器时相位被调制，再通过3dB定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。如图3(b)所示，纳米粒子与波导具有相同的横截面，而长度L均为243nm，纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为400nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

干涉仪的工作原理如下：采用紫外偏振光作为驱动光，驱动光从上基板上方入射，照射到SD1取向层。SD1分子的取向重新定向到垂直于驱动光偏振方向。液晶分子在SD1分子的作用下，指向矢随SD1分子取向发生改变，其折射率分布随之变化；外部环境的变化使米氏共振产生的相位延迟量发生改变。因此通过外部的电压偏置可以实现对光相位的调制，控制两路输入光之间的相位差，最终控制两束输出光的功率。

实施例7

根据本发明提出的基于纳米天线的马赫-曾德尔干涉仪，可实现多边形、椭圆形及任意不规则形状等多种形态的光学门网络。其中多边形可以包括三角形、四边形、六边形等，椭圆形包括圆形等形状。下面以六边形光学门网络为例，其基本结构与实施例1中所述结构相同，即由上基板、调制器、双折射材料以及下基板构成。其中双折射材料为液晶，下基板为像素化液晶驱动电路。调制器的制作可采用CMOS兼容的193nm光刻和反应离子刻蚀方法。上基板采用全反射金属材料。上基板的下表面涂覆有一层取向层，用于液晶分子的取向。取向方式可采用摩擦取向或光取向。

六边形门网络的基本单元为2×2光学门，其调制器部分的结构俯视示意图如图5所示。单色光从任一耦合输入端口输入波导，经过3dB定向耦合器1，分成两路等强度的光。每一路光都需经过移向器，从而调制其相位。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。然后两路光再通过定向耦合器2，获得两路输出光并耦合输出到后续光路。其中两路输出光的强度传输系数由经过相位调制后两路光的相位差决定。

调制器中的波导为硅材料制成的条形波导，横截面如图3(a)所示。矩形硅波导宽W为400nm，高H为220nm。调制器中的移相器由一维纳米粒子谐振器链组成。如图3(b)所示，纳米粒子与波导具有相同的横截面，而长度L均为243nm，纳米粒子排列的周期p，即相邻两个纳米粒子中心点的间距为400nm。输入光波长为1650nm。在该几何参数下，光在纳米粒子中发生米氏共振，具有高前向散射率，同时相位延迟量发生改变。

基于本发明的六边形光学门网络可以将其任意端口作为光的输入或输出端口，其工作原理如图9所示，以其中两种传输路径为例。图9中，传输网络中的矩形表示2×2光学门单元。通过以像素形式控制液晶，可以使网络中不同的门单元具有不同的耦合功能，在图9中用不同颜色区分，即白色门单元将输入与输出控制在同一侧，黑色门单元则将输入光耦合到另一侧输出。当改变液晶的工作状态，门单元的耦合功能随之改变，光在网络中的传播路径发生切换。根据以上原理，可通过控制液晶实现对光学门网络的编程，使得光在网络中以任意路径传播，并可以任意端口作为输入或输出端口。

研究人员以上述基本原理为基础，构建出任意形态的光学门网络，都属于本发明的保护范围。