[發明專利]基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器及制作方法

有效

• 申請號: 202010850190.1
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111880251B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉文杰;卓青霞;劉怡俊
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 沈闖

本申請公開了一種基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器及制作方法，其SPP耦合器當入射光通過介質填充層后進入介質光柵層，通過設置非對稱金屬光柵結構為倒“L”字型結構或“Z”字型結構，從而使得入射光可以垂直射入襯底，激發SPP，無需傾斜入射激發，可大幅降低外置光路的復雜性；而介質光柵層具有若干個周期性的介質光柵，周期性的介質光柵結構可以實現較高的光耦合效率，且可以較好的將入射光限制于襯底內進行單向傳播，從而可以提高光耦合效率與單向比，另外，本實施例的SPP耦合器結構簡單，制作難度低，適于批量生產。

技術領域

本申請涉及耦合器技術領域，尤其涉及一種基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器以及相應的制作方法。

背景技術

表面等離激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)是由外部電磁場誘導金屬結構表面自由電子或束縛電子的集體振蕩現象，它可以突破衍射極限制約，在納米尺度下實現對光的調制以及增強光與物質的相互作用。表面等離激元能夠把入射光局域在金屬表面亞波長的區域，相對于傳統的介質光波導器件而言，可以突破衍射極限的限制，從而進一步縮小器件尺寸。對于實現兼具納米電子器件的極小特征尺寸和介質光學的超高傳輸速度具有至關重要的意義。

SPP單向耦合器是集成光路的重要元器件之一，受到研究者的重視。然而，如何設計金屬微納結構，從而將光能夠高效地耦合至金屬微納結構，從而形成單向傳輸的SPP仍然目前存在的重要問題之一。另外，現有SPP耦合器結構通常制備工藝復雜，對設備條件要求高，成為制約其大規模應用的一個主要因素。因此，降低制作難度也是需要考慮的另一個重要問題。

發明內容

本申請提供了基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器及制作方法，用于解決現有的SPP單向耦合器的光耦合效率與SPP單向比較低以及相應的耦合器制作難度較高的技術問題。

有鑒于此，本申請第一方面提供了一種基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器，由下至上依次設有襯底、介質光柵層、非對稱金屬光柵結構與介質填充層；

所述介質光柵層包括若干個等距排列的介質光柵；

所述非對稱金屬光柵結構部分覆蓋所述介質光柵表面，所述非對稱金屬光柵結構為倒“L”字型結構或“Z”字型結構。

優選地，所述介質光柵的折射率為1.4～1.7，所述介質光柵的寬度為75～200nm，所述介質光柵的高度為75～300nm，所述介質光柵層的光柵周期為300～800nm。

優選地，所述介質光柵層的所述光柵周期為400-600nm。

優選地，所述介質填充層相對于所述非對稱金屬光柵結構表面以上的結構厚度為50-800nm。

優選地，所述非對稱金屬光柵結構的金屬度大于50nm，所述非對稱金屬光柵結構的金屬厚度為70～150nm。

另一方面，本申請實施例提供了一種基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，包括以下步驟：

S101：在襯底上形成具有若干個等距排列的介質光柵的介質光柵層；

S102：在所述介質光柵層上形成非對稱金屬光柵結構，所述非對稱金屬光柵結構部分覆蓋所述介質光柵表面，同時，所述非對稱金屬光柵結構為倒“L”字型結構或“Z”字型結構；

S103：在所述非對稱金屬光柵結構的所在空間填充介質并形成介質填充層，所述介質填充層覆蓋所述非對稱金屬光柵結構與所述介質光柵層表面；

S104：對經所述步驟S103獲得的樣品通過刻蝕工藝刻蝕出耦合器的獨立單元。

優選地，所述步驟S101中形成所述介質光柵層的制作方法采用下列三種方法的任意一種：