[實用新型]一種表面等離子體慢光波導

有效

• 申請號: 201520050227.7
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN204374476U
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 陳輝;陳佳佳;陳明
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/124
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

技術領域

本實用新型屬于納米光子學領域中的一種波導，具體涉及一種表面等離子體慢光波導。

背景技術

表面等離子體(SPs)是一種沿著導體表面傳輸的電磁波，可由光波和導體表面上的電子共振激發產生。該電磁波沿著導體表面的方向上傳播，在垂直導體表面的方向上呈指數衰減，因此被束縛在導體表面傳播。由于表面等離子體能克服衍射極限，在微納米器件中被認為是一種很具有前景的傳輸光信息的載體，通過選擇不同形狀的導體表面結構，可以引導表面等離子體極化不同形式的傳播，特別是在納米規模的新型光子集成回路有很大的潛力，成為研究的熱點。

慢光被認為是最有前景的技術之一，廣泛用于光存儲，光信號處理，光學記憶，光通信等微納米集成回路中，其“彩虹局域效應”是一種很有發展前景的表面等離子體慢光現象。在理論和實驗的研究中，不同的頻段下，不同的表面等離子體結構對慢光的影響不同。特別對絕熱的金屬光柵結構的表面等離子體慢光的研究發現，在金屬光柵中慢光的傳輸速度很低，約為光速的幾千分之一，甚至更小。然而，現有的研究工作主要集中在如何改變金屬光柵結構以獲得更小的傳播速度，而忽略了在金屬表面上傳輸表面等離子體的歐姆損耗，因而現有的金屬光柵有比較大的損耗、所產生的表面等離子體不能傳輸相對較長的距離。在慢光系統中要同時兼顧表面等離子體的傳播速度和傳播損耗，即在可接受的慢光傳播速度的基礎上減少傳輸損耗，或者在可接受的傳輸損耗的基礎上減小慢光傳播速度。

以往的表面等離子體波導多是追求如何獲得小的傳播速度，往往忽略了表面等離子體在傳輸過程中的傳輸損耗。例如金屬光柵波導，由兩個對稱的高度遞增的金屬齒形構成,金屬齒寬度相等，齒深逐漸遞增，齒間空氣槽的寬度一致。不同頻率入射波所產生的表面等離子體被約束在不同高度的空氣槽中，大幅度地降低表面等離子體的傳播速度。但是此種慢光波導由于中間的場與金屬大面積接觸，故損耗很大，不利于表面等離子體的長距離傳輸。近年報道的介質光柵結構是一種慢光傳輸波導，具有很低的傳輸損耗，并且對表面等離子體有很強的場的約束性。例如一種新型的慢光波導是在金屬基體上連接高度逐漸增加的多個硅齒，此結構的波導產生的場大部分在硅齒中間，但是仍有很大一部分場在硅齒上方的空氣中，用在納米集成回路中，空氣的場會和其他器件產生信號串擾，約束性不夠。

慢光傳輸速度慢，有利于在未來光子集成回路中對光信息的處理；損耗低有利于增大表面等離子體在波導中的傳輸距離；場約束性強則有效地避免了在光子集成回路中光信號之間的信息干擾。現在需要同時具有這三個方面的優勢的表面等離子體慢光波導。

實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種表面等離子體慢光波導，介質光柵的柵條上、下兩端分別經加載介質層與上、下金屬基底連接。同時具有群速度低，傳輸損耗小，場的約束性強三大優勢，有利于光子集成回路中光信息的處理。

本實用新型設計的一種表面等離子體慢光波導，包括金屬基底和介質光柵，所述金屬基底為上下兩塊，介質光柵的柵條上、下兩端分別經加載介質層與上、下金屬基底連接。介質光柵的柵條以上、下金屬基底之間的水平的中心線為上下對稱，各柵條的寬度a，各柵條的間距b等，各柵條的厚度相等，柵條的高度由一端向另一端以相同的增幅2dh逐漸遞增，最少為4根柵條。柵條之間為空氣或者為真空。

所述金屬基底的材料為低損耗金屬銀、銅、金、鋁中的任一種。最優選擇為銀。

所述介質光柵的材料為相對介電常數大于10的絕緣體，最優選擇為硅。

所述加載介質層的材料為相對介電常數大于2、小于介質光柵介電常數的絕緣體，最優選擇為二氧化硅。

所述介質光柵的柵條寬度a為100～120nm，柵條間距b為130～250nm。

所述介質光柵的柵條高度h為40nm≤h≤800nm，相鄰柵條的高度差2dh為4～16nm。

所述的加載介質層的高度為10～20nm。

所述介質光柵的柵條和加載介質層的厚度相等。

與加載介質層連接的上方的金屬基底的底和下方的金屬基底的頂為直線，二者以水平的中心線上下對稱。