[實用新型]一種金屬?半導體雙納米線型混合表面等離子波導結構

有效

• 申請號: 201720581406.2
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN206757090U
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 徐政杰;朱君;秦柳麗;傅得立
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;B82Y40/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 劉梅芳

技術領域

本實用新型涉及光通信技術領域，具體是一種金屬-半導體雙納米線型混合表面等離子波導結構。

背景技術

表面等離子體激元(Surface plasmon polaritons,簡稱SPP)是通過改變金屬表面的亞波長結構實現的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質界面傳輸的表面等離子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正因為SPPs這種獨特的性質，使其在納米量級操縱光能量發揮著重要的作用。尤其以浙江大學與瑞典皇家理工學院阿爾芬實驗室課題組合作在“Novel surface plasmon waveguide for high integration s”一文提出的金屬槽SPPs波導，設計的波導結構能夠實現亞波長量級的光場限制，損耗僅僅為。然而盡管研究人員實現了將光場約束到幾十納米的量級，但設計的波導器件損耗依然很大，無法達到大規模應用的要求。《自然·材料》在2015年刊載了“Solution-grown nanowires make the best lasers”一文，哥倫比亞大學的Xiaoyang Zhu合作團隊報道了一種由單晶鉛鹵鈣鈦礦納米線制備的室溫下波長可調的SPP激光器。然而目前SPP波導結構傳播距離依然非常有限，達不到實現高集成光通信的要求。

目前對于納米線類SPP波導大都集中在其中一種納米線的應用與分析，對于他們之間的相互作用報道較少。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提供一種金屬-半導體雙納米線型混合表面等離子波導結構。這種波導結構能夠提高更強的局域化約束，具備為表面等離子激勵電路提供基本單元器件，從而實現更大的帶寬超快數據傳輸。

實現本實用新型目的的技術方案是：

一種金屬-半導體雙納米線型混合表面等離子波導結構， 包括自下而上順序疊接的二氧化硅基底、低折射率緩沖層、低折射率介質包層和金屬Ag納米帶頂層，所述低折射率緩沖層中設有對稱掩埋的第一納米線和第二納米線，第一納米線和第二納米線之間刻蝕有低折射率介質連通間隙。

所述低折射率緩沖層為SiO₂層。

所述第一納米線和第二納米線均為高折射率InGaAsP納米線。

所述低折射率介質為MgF2介質。

入射光從側面以任一角度衍射到波導，金屬Ag納米帶頂層的Ag納米帶與InGaAsP雙納米線發生耦合，使MgF₂處的場得到極大增強。

所述雙InGaAsP納米線第一納米線和第二納米線間刻蝕MgF₂間隙，會在間隙中產生次強局域化現象，此處局域化產生的場和Ag納米帶與InGaAsP納米線耦合產生的場相互疊加，出現高度局域化。

金屬Ag納米帶與其他金屬相比具有更低的損耗。

半導體材料InGaAsP能夠為spp損耗提供一定的增益補償，會在MgF₂處連通域內的光子局域化現象進一步提高。

金屬Ag納米帶、InGaAsP納米線具有較低的增益閾值，間隙寬度較大時，這種波導結構的增益閾值能降得非常低，更容易實現低閾值的納米激光器。

MgF₂連通間隙，為的是實現更低的傳輸損耗，產生增強效應將光主要限制在其中，從而實現高度局域化增強效應和能量約束。

所述第一納米線和第二納米線，采用室溫固相反應法制備。

這種結構通過納米線之間的相互耦合、半導體材料增益提高SPP強局域效應，能夠通過調節間隙寬度、MgF₂厚度和納米線半徑實現控制SPP模式耦合強度，可以在亞波長尺寸條件下實現低閾值出射激光的特性。

這種波導結構可以為表面等離子領域提供高性能的微腔和可集成的新型有源器件。

這種波導結構能夠提高更強的局域化約束，具備為表面等離子激勵電路提供基本單元器件，從而實現更大的帶寬超快數據傳輸。

附圖說明

圖1為實施例的結構示意圖；

圖中，1. SiO₂基底層 2.緩沖層 3-1. 第一納米線 3-2.第二納米線 4.介質包層 5. 金屬Ag納米帶頂層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型內容作進一步闡述，但不是對本實用新型的限定限定。

實施例：