[發(fā)明專利]一種低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)

有效

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112526674B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許吉;周天諾;楊昕澤;程慧超;郭曄翎;謝雨欣;劉寧;陸云清
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)，包括襯底；所述襯底的頂部兩側(cè)設(shè)置有支撐層；所述支撐層的頂部設(shè)置有金屬層；兩側(cè)支撐層之間設(shè)置有高折射率層；所述高折射率層為拱柱狀結(jié)構(gòu)；所述高折射率層周圍的空氣構(gòu)成低折射率區(qū)域。該拱柱芯微納波導(dǎo)可將光場限制在中間層的低折射率介質(zhì)區(qū)域中，整個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同時具有較強的模式限制能力和較長的傳輸距離。該混合等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)集成度高且容易制備，為實現(xiàn)更高集成度的光子器件提供了可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光子器件領(lǐng)域，具體涉及一種低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)。

背景技術(shù)

最近幾年，因為表面等離激元能夠突破衍射極限，在亞波長下實現(xiàn)光的模式局域，納米尺度下基于表面等離激元的光波導(dǎo)器件已經(jīng)被廣泛的研究。然而金屬帶來的損耗導(dǎo)致波導(dǎo)模式的傳播距離很小，限制了表面等離激元波導(dǎo)及波導(dǎo)型器件的應(yīng)用。因此能有效降低損耗和增大傳輸距離的混合等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被提出。混合等離激元波導(dǎo)(hybridplasmonic waveguide ,HPWs)的關(guān)鍵點就是在金屬和高折射率介質(zhì)間引入了低折射率間隙，實現(xiàn)了光的強束縛效果以及實現(xiàn)了相對長的傳輸距離。在傳輸距離和模式局域兩方面混合等離激元波導(dǎo)展示出了一個很好的權(quán)衡，這種結(jié)構(gòu)增加了表面等離激元在高集成光子器件方面的應(yīng)用潛力。但是傳統(tǒng)的混合等離激元波導(dǎo)的傳輸距離只有幾十到幾百微米。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳輸距離過短的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)，包括襯底；所述襯底的頂部兩側(cè)設(shè)置有支撐層；所述支撐層的頂部設(shè)置有金屬層；兩側(cè)支撐層之間設(shè)置有高折射率層；所述高折射率層為拱柱狀結(jié)構(gòu)；所述高折射率層周圍的空氣構(gòu)成低折射率區(qū)域。

進一步的，所述金屬層的材料為Ag；所述支撐層的材料為ZnO；所述高折射率層的材料為Si；所述襯底的材料為SiO₂。

進一步的，所述支撐層和金屬層之間還設(shè)置有固定層。

進一步的，所述固定層的材料為Si₃N₄。

進一步的，所述高折射率層的頂部和固定層之間的間隙為50nm。

進一步的，所述高折射率層的折射率為3.478。

進一步的，所述拱柱狀結(jié)構(gòu)的寬度為300-600nm，拱柱狀結(jié)構(gòu)的矩形部分高度為100-250nm。

進一步的，所述金屬層的寬度為4000nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明將高折射率層設(shè)計成拱柱狀，大大減小了金屬層帶來的損耗，當(dāng)光垂直進入結(jié)構(gòu)時，光場被很好的限制在了中間的低折射率空氣層，不僅可實現(xiàn)優(yōu)秀的模式限制能力，而且具有低損耗較長傳輸距離的特性；（2）本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單設(shè)計，材料獲取容易，制備易實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為實施例低損耗的拱柱芯微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)xy截面示意圖；

圖2為實施例λ=1550nm時，波導(dǎo)寬度與模式面積變化關(guān)系圖；

圖3為實施例λ=1550nm時，波導(dǎo)寬度與傳輸距離變化關(guān)系圖；

圖4為實施例λ=1550nm時，波導(dǎo)寬度與品質(zhì)因數(shù)變化關(guān)系圖。

附圖標(biāo)記：1-襯底；2-高折射率層；3-支撐層；4-固定層；5-金屬層。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效通俗易懂，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。