[實(shí)用新型]一種高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520200390.7
• 申請(qǐng)日: 2015-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN204556881U
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李智;廖慧敏;姚文杰;劉尚;孫成偉;陳建軍;龔旗煌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/14
• 分類號(hào): G02B6/14;G02B6/122
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及納米光子學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

表面等離激元(Surface?Plasmon?Polaritons)SPPs是目前納米光子學(xué)研究中的熱點(diǎn)。表面等離激元是一種存在于金屬與介質(zhì)界面處的光波與金屬內(nèi)自由電子耦合的集體振蕩，它是一種特殊的界面束縛模式的電磁場，其存在可以通過求解在金屬與介質(zhì)界面的邊界條件下的麥克斯韋方程組而得到。SPPs最大的特點(diǎn)是可以把光場局域在金屬與介質(zhì)界面處亞波長的尺寸內(nèi)，突破傳統(tǒng)光學(xué)的衍射極限，同時(shí)還擁有局域場增強(qiáng)效應(yīng)，近年來SPPs得到了研究者的廣泛關(guān)注。

由于SPPs可以突破衍射極限并在亞波長尺度操縱光場，SPPs有望實(shí)現(xiàn)超緊湊的集成全光回路，被認(rèn)為是下一代信息處理技術(shù)的有力競爭者。金屬/介質(zhì)/金屬(metal/dielectric/metal)MDM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由于可以很好地支持緊束縛的SPPs波導(dǎo)模式，因此被廣泛研究。對(duì)于介質(zhì)層寬度在幾百納米的MDM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中除了存在對(duì)稱模式的一階波導(dǎo)模式，還存在反對(duì)稱模式的二階波導(dǎo)模式，這兩種模式由于具有不同的空間對(duì)稱性，互相干涉之后可以對(duì)總的電磁場分布進(jìn)行調(diào)控，因此可以被利用來控制總的電磁場，比如實(shí)現(xiàn)方向性散射等等。然而，由于二階波導(dǎo)模式的模場分布相對(duì)復(fù)雜，存在納米尺度上的分布梯度，因此外界激發(fā)光場與二階波導(dǎo)模式的模場分布匹配程度較低，相應(yīng)的外界激發(fā)光場激發(fā)二階波導(dǎo)模式的效率也就比較低，極大的限制了進(jìn)一步對(duì)總的電磁場分布的調(diào)控。特別是對(duì)于實(shí)際中最常用的緊聚焦高斯光正入射激發(fā)，由于入射激光場為對(duì)稱分布，因此對(duì)反對(duì)稱模式的二階波導(dǎo)模式的激發(fā)效率等于零。采用復(fù)雜的激發(fā)場分布，提高激發(fā)場與二階波導(dǎo)模式的模場分布的匹配程度，可以在一定程度上提高二階波導(dǎo)模式的激發(fā)效率，但是復(fù)雜的激發(fā)場分布意味著實(shí)驗(yàn)上的難度大大增加。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種基于非對(duì)稱納米溝槽結(jié)構(gòu)的高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)用新型的高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換器包括：金屬薄膜；在金屬薄膜的表面設(shè)置有主納米溝槽；在主納米溝槽的底部一側(cè)設(shè)置有附加納米溝槽，附加納米溝槽的寬度小于主納米溝槽的寬度，形成非對(duì)稱納米溝槽結(jié)構(gòu)。

入射光為電場方向垂直于納米溝槽的線偏振緊聚焦高斯光，從正面正入射到非對(duì)稱納米溝槽結(jié)構(gòu)；主納米溝槽中同時(shí)存在對(duì)稱的一階波導(dǎo)模式和反對(duì)稱的二階波導(dǎo)模式；通過附加納米溝槽的深度控制一階波導(dǎo)模式和二階波導(dǎo)模式的模式轉(zhuǎn)換效率。

本實(shí)用新型的高效表面等離激元模式轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟：

1)以電場方向垂直于納米溝槽的線偏振緊聚焦高斯光作為入射光，從正面正入射到主納米溝槽，激發(fā)主納米溝槽中的對(duì)稱模式的一階波導(dǎo)模式；

2)主納米溝槽中的一階波導(dǎo)模式向下傳播到主納米溝槽的底部后，激發(fā)附加納米溝槽中的一階波導(dǎo)模式；

3)附加納米溝槽中的一階波導(dǎo)模式進(jìn)一步傳播到附加納米溝槽的底部并被底部的金屬反射；

4)反射之后附加納米溝槽中的一階波導(dǎo)模式向上傳播到主納米溝槽的底部，由于附加納米溝槽中的一階波導(dǎo)模式與主納米溝槽中的二階波導(dǎo)模式的場分布存在交疊，因此可以激發(fā)主納米溝槽中的二階波導(dǎo)模式；

5)通過控制附加納米溝槽的深度控制共振強(qiáng)度，從而控制主納米溝槽中一階波導(dǎo)模式和二階波導(dǎo)模式的相互轉(zhuǎn)換系數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制模式轉(zhuǎn)換的效率。

金屬薄膜的厚度≥400nm；材料采用金或銀的貴金屬。