[發(fā)明專利]一種光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711443637.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108152870B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張慧;凌森銀;杜恒;余旭濤;陳鵬;張在琛
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B6/122;G02B6/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發(fā)明公開了一種光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線，包括設(shè)于襯底上表面的介質(zhì)波導(dǎo)，所述介質(zhì)波導(dǎo)上表面設(shè)有橫向和縱向兩對金屬正三棱柱，兩對金屬正三棱柱互相垂直，每對金屬正三棱柱圍繞介質(zhì)波導(dǎo)上表面中心呈領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)在光子集成電路中具有共振波長由橫向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧，最大局域電場強(qiáng)度處波長由縱向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子集成電路和納米光學(xué)天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線。

背景技術(shù)

無源光子集成電路所集成的器件是無源光器件，普遍采用平面光波導(dǎo)技術(shù)。光波導(dǎo)是一種能夠?qū)⒐庀拗圃谄鋬?nèi)部或其表面附近，引導(dǎo)光波沿著確定的方向傳播的導(dǎo)光通路。當(dāng)光在波導(dǎo)內(nèi)傳輸且發(fā)生全反射時，會在兩種不同介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生一種其幅值隨與分界面相垂直深度的增大而呈指數(shù)形式衰減，而隨切向方向改變相位的電磁波，又叫消逝波。

金屬納米天線由金屬納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，利用金屬納米顆粒的獨特性進(jìn)行傳播場與局域場的相互轉(zhuǎn)換，即當(dāng)入射光與金屬納米顆粒相互作用時，金屬表面的自由電子產(chǎn)生局域振蕩，當(dāng)電子的振蕩頻率與入射光波的頻率一致時，會形成表面等離激元(LocalizedSurface Plasmons,LSPs)共振，即使一個很小的入射光場也可以引起很大的共振，進(jìn)而使得能量被束縛在金屬表面附近。共振的頻率與電子密度、電子的有效質(zhì)量、天線的尺寸和形狀等因素有關(guān)。

現(xiàn)有光子集成電路對LSPs共振的研究重點是以共振波長為核心的光譜檢測或者用于生物傳感的近場增強(qiáng)，也即，現(xiàn)有技術(shù)僅能實現(xiàn)對共振波長的調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線，能夠?qū)崿F(xiàn)對共振波長和最大局域電場強(qiáng)度處波長的調(diào)諧，共振波長由橫向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧，最大局域電場強(qiáng)度處波長由縱向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線，包括設(shè)于襯底上表面的介質(zhì)波導(dǎo)，所述介質(zhì)波導(dǎo)上表面設(shè)有橫向和縱向兩對金屬正三棱柱，兩對金屬正三棱柱互相垂直，每對金屬正三棱柱圍繞介質(zhì)波導(dǎo)上表面中心呈領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述襯底的折射率小于介質(zhì)波導(dǎo)的折射率。這樣可以增強(qiáng)波導(dǎo)對光的束縛效果。

進(jìn)一步，所述金屬正三棱柱的邊長范圍為0.16λ-0.2λ，λ為工作波長。這樣更容易激發(fā)金屬正三棱柱的局域表面等離激元共振效應(yīng)，使天線與波導(dǎo)之間的耦合更強(qiáng)。

進(jìn)一步，所述金屬正三棱柱由貴金屬材料構(gòu)成。因為金、銀等貴金屬的介電常數(shù)在可見光及近紅外光波段內(nèi)，更容易滿足局域表面等離激元共振的條件。

進(jìn)一步，所述介質(zhì)波導(dǎo)的材料為Si₃N₄。

進(jìn)一步，所述介質(zhì)波導(dǎo)的規(guī)格尺寸為3μm×1μm×0.1μm。

進(jìn)一步，所述襯底的材料為玻璃介質(zhì)。

進(jìn)一步，所述襯底的規(guī)格尺寸為3μm×3μm×0.6μm。

進(jìn)一步，所述金屬正三棱柱的厚度為46nm。

進(jìn)一步，所述每對金屬正三棱柱中，兩個金屬正三棱柱之間的間隔為50nm。

有益效果：本發(fā)明公開了一種光子集成電路中雙領(lǐng)結(jié)金屬納米光學(xué)天線，介質(zhì)波導(dǎo)上表面設(shè)有橫向和縱向兩對金屬正三棱柱，兩對金屬正三棱柱相互垂直，每對金屬正三棱柱圍繞波導(dǎo)上表面中心呈領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)，這種天線結(jié)構(gòu)在光子集成電路中具有共振波長由橫向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧，最大局域電場強(qiáng)度處波長由縱向領(lǐng)結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)諧的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中天線的三維結(jié)構(gòu)示意圖；