[發(fā)明專利]一種表面等離激元波長、偏振解復用器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010115063.7
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111290078B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 王琦龍;計吉燾;馬祥宇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/124
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發(fā)明公開了一種表面等離激元波長、偏振解復用器件，包括表面等離激元耦合器、表面等離激元波導、表面等離激元探測器以及半導體襯底，其中表面等離激元耦合器由四個具有不同結構參數(shù)、排布方向的周期性光柵組成。器件利用表面等離激元耦合器對入射光波長、偏振態(tài)信息的識別能力，能夠將入射光按照波長、偏振態(tài)信息耦合成表面等離激元信號，并使其進入表面等離激元波導進行傳輸，最終由表面等離激元探測器完成表面等離激元信號到電信號的轉換，在微納結構尺寸上實現(xiàn)光電解復用功能。本發(fā)明能夠同時對波長和偏振態(tài)信息進行分辨，大幅提高了信息的傳輸帶寬，在未來高速、高帶寬的光電集成電路中具有很好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種表面等離激元波長、偏振解復用器件，可用于高速、高帶寬的片上光電互連。

背景技術

現(xiàn)代高速通信系統(tǒng)及計算機芯片對信息獲取、處理和傳輸帶寬提出了更高的要求。目前電子集成器件的發(fā)展已經(jīng)進入瓶頸，互連線延遲、時鐘歪斜、片上互連串擾、功耗等問題日趨嚴重。而光電集成電路盡管具有體積小、可靠性高、超高速、低噪聲等優(yōu)點，但在實際應用中，傳統(tǒng)光電器件受到衍射極限的限制，難以與目前已較普及的納米電子器件實現(xiàn)集成。

表面等離激元可以被限制在亞波長范圍內(nèi)，并且高速地傳輸信息(100THz)，借此可以通過等離激元將納米電子學的緊湊性與光學器件的高帶寬特性相結合。目前，人們已經(jīng)提出了各種各樣的表面等離激元器件來構成微型化的光電集成電路，包括表面等離激元激發(fā)源、表面等離激元波導、調(diào)制器、探測器等。然而現(xiàn)有的表面等離激元器件的工作速度有限，嚴重阻礙了高帶寬的光電互連的發(fā)展。

為了實現(xiàn)高帶寬的表面等離激元功能元件，研究人員提出了將在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中廣泛應用的多路復用技術應用于表面等離激元器件中。通過設計具有波長分辨或偏振敏感的金屬微納結構，相關研究實現(xiàn)了表面等離激元的定向激發(fā)、傳輸及路由等。盡管上述波長或偏振復用技術的應用能夠在一定程度上提高等離激元器件的傳輸帶寬，然而，將這兩種復用技術同時應用于表面等離激元器件來進一步增加傳輸帶寬的相關研究還很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有表面等離激元器件傳輸帶寬較低的問題，提出一種表面等離激元波長、偏振解復用器件，利用表面等離激元耦合器對入射光波長、偏振態(tài)信息的識別能力，能夠將入射光按照波長、偏振態(tài)信息耦合成表面等離激元信號，使其在表面等離激元波導進行傳輸，并由表面等離激元探測器完成表面等離激元信號到電信號的轉換，在微納結構尺寸上實現(xiàn)光電解復用功能。將波分復用和偏分復用兩種復用技術相結合，可以大幅提升表面等離激元器件的傳輸帶寬。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的方法是：一種表面等離激元波長、偏振解復用器件，其特征在于：包括由多個具有不同結構參數(shù)、排布方向的周期性光柵構成的表面等離激元耦合器、多個表面等離激元波導、多個表面等離激元探測器以及半導體襯底；所述的波長、偏振解復用器件共有多個信道，每個信道各包含一個不同的周期性光柵、一個相同的表面等離激元波導以及一個相同的表面等離激元探測器；

進一步的，表面等離激元波長、偏振解復用器件的工作波段可以通過改變所述表面等離激元耦合器中周期性光柵的結構參數(shù)來調(diào)控，既可以在紫外-可見光波段，又可以在近紅外通訊波段，所述表面等離激元耦合器中周期性光柵的結構參數(shù)包括光柵周期、占空比、高度等。

進一步的，表面等離激元波長、偏振解復用器件適用的偏振態(tài)可以通過改變所述表面等離激元耦合器中周期性光柵的排布方向來調(diào)節(jié)，所述表面等離激元耦合器中周期性光柵的不同排布方向為正交排布、正五邊形排布、正六邊形排布等。

進一步的，所述表面等離激元波導結構為條形波導、V型波導、楔形波導等。

進一步的，所述表面等離激元探測器既作為表面等離激元解耦結構，又作為表面等離激元信號-電信號轉換結構，所述表面等離激元探測器結構為叉指電極結構；

進一步的，所述表面等離激元耦合器包含不同的周期性光柵數(shù)量對應所述表面等離激元解復用器件的信道數(shù)量，為4個及以上。