[發明專利]一種柔性超長表面等離子體激元波導

無效

• 申請號: 201110442950.6
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102436029A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 張彤;張曉陽;李若舟;楊岱旭
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于集成光學技術領域，特別涉及一種基于柔性襯底的表面等離子體激元超長光波導。

背景技術

隨著半導體和集成光學工藝水平的發展，以柔性襯底來制備各種波導器件已成為現實。現有的平面光波導襯底主要為玻璃、硅片等無機材料，這種技術存在溫度穩定性差，重量較大，機械性不佳，易破碎等缺點，采用柔性有機聚合物襯底代替可以克服以上缺點，同等面積的柔性襯底只為無機材料的襯底重量的十分之一左右，優異的機械性能使得一般情況下的震動難以對柔性波導性能造成影響。

近年來，隨著納米科學和納電子學的發展，一種全新的波導結構--表面等離子體激元波導成為集成光學領域的新興研究方向。表面等離子體激元是一種在金屬表面傳播的并且被約束在此表面的一種非輻射電磁波。表面等離子體激元被約束在波導表面是光和金屬的自由電子相互作用的結果。表面等離子體激元波導具有普通光波導所不具備的特性：如可以實現在納米尺度上的信號傳輸；可保持信號長程傳輸過程中的單一偏振態，實現各種尺寸下單模傳輸；表面等離子體激元波導的金屬芯層結構，不但能夠傳播光信號，還可以傳播電信號，可實現在同一芯片上光電混合；金屬的介電常數為復數，其虛部代表金屬吸收光的能力，通過對金屬芯層的設計限制光場強度；可對表面等離子體激元波導的金屬芯層直接調制以實現表面等離子體激元波導器件的高效調諧等。基于表面等離子體激元波導的這些特性，表面等離子體激元波導器件可在光通信、光學傳感領域發揮重要應用。

目前長程傳輸的表面等離子體激元波導(Long-range?surface?plasmon?polaritons?waveguide)存在著一個技術瓶頸，就是通過平面光波導工藝制備的表面等離子體激元波導具有很大的彎曲損耗。這主要是由于金屬納米線厚度一般為10-20納米，在波導線彎曲時，波導芯層對傳輸模式的束縛作用很弱，特別是當波導彎曲半徑為厘米量級時，模式光就會發生明顯的泄漏。因此，長程表面等離子體激元波導一般只用于制備直波導類器件，而無法研制超長的彎曲波導或延時線等。

發明內容

技術問題：本發明提出一種柔性超長表面等離子體激元波導，其采用平面的柔性表面等離子體激元波導制備工藝與波導立體對準焊接技術實現一種三維結構的超長波導，具有可光電復用、柔性可彎曲，體積小，制備簡單、成本低等優點。

技術方案：本發明的技術方案是這樣實現的：從結構上看，該柔性表面等離子體激元波導由光電輸入端、光電輸出端、柔性襯底、柔性表面等離子體激元波導陣列構成，柔性表面等離子體激元波導陣列制作于柔性波導襯底之上，表面等離子體激元波導結構由機聚合物柔性材料制成，具有很好的柔韌性，可以進行小半徑的彎曲。其特征在于：柔性襯底具有筒狀結構，波導制備于柔性襯底之上，形成螺旋形的超長柔性等離子激元波導結構，這種超長柔性光波導結構是由制備的平面的柔性等離子激元波導陣列卷曲對接形成為立體筒狀結構，制備的平面柔性波導陣列由數條相同的單根柔性波導線組成，每根波導均與襯底邊緣呈α角度，α一般為零度至幾度，表面等離子體激元波導陣列中某一根波導的輸出端和編號在其后的單根光波導的輸入端對準，將波導陣列每根波導首位相接串聯形成連續的螺旋形波導光路，形成具有獨立的光電輸入端與獨立光電輸出端柔性超長表面等離子體激元波導。

本發明所提出的柔性超長表面等離子激元波導由柔性材料襯底、波導金屬芯層、有機聚合物波導包層組成，可以為矩形，脊形，倒脊形，條載形結構，其中金屬表面等離子體激元波導芯層尺寸在納米量級，材料為金、銀等高電導率材料，包層厚度和寬度均為數微米量級，材料為折射率合適的柔性有機聚合物，有機聚合物襯底厚度在幾微米至幾厘米之間。

本發明所提出的柔性超長表面等離子體激元波導光、電路如下：光信號或電信號由外部光電信號輸入端輸入，經由柔性波導線陣列立體連接而成的超長等離子激元波導進行傳輸，最終由光電輸出端輸出光信號或者電信號或者光電復用信號。

有益效果：本發明與現有的技術相比具有以下的優點：