一種表面等離子體慢光波導(dǎo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于納米光子學(xué)領(lǐng)域中的一種波導(dǎo)，具體涉及一種表面等離子體慢光波導(dǎo)。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子體(SPs)是一種沿著導(dǎo)體表面?zhèn)鬏數(shù)碾姶挪?，可由光波和?dǎo)體表面上的電子共振激發(fā)產(chǎn)生。該電磁波沿著導(dǎo)體表面的方向上傳播，在垂直導(dǎo)體表面的方向上呈指數(shù)衰減，因此被束縛在導(dǎo)體表面?zhèn)鞑?。由于表面等離子體能克服衍射極限，在微納米器件中被認(rèn)為是一種很具有前景的傳輸光信息的載體，通過選擇不同形狀的導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)，可以引導(dǎo)表面等離子體極化不同形式的傳播，特別是在納米規(guī)模的新型光子集成回路有很大的潛力，成為研宄的熱點(diǎn)。
[0003]慢光被認(rèn)為是最有前景的技術(shù)之一，廣泛用于光存儲(chǔ)，光信號(hào)處理，光學(xué)記憶，光通信等微納米集成回路中，其“彩虹局域效應(yīng)”是一種很有發(fā)展前景的表面等離子體慢光現(xiàn)象。在理論和實(shí)驗(yàn)的研宄中，不同的頻段下，不同的表面等離子體結(jié)構(gòu)對(duì)慢光的影響不同。特別對(duì)絕熱的金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面等離子體慢光的研宄發(fā)現(xiàn)，在金屬光柵中慢光的傳輸速度很低，約為光速的幾千分之一，甚至更小。然而，現(xiàn)有的研宄工作主要集中在如何改變金屬光柵結(jié)構(gòu)以獲得更小的傳播速度，而忽略了在金屬表面上傳輸表面等離子體的歐姆損耗，因而現(xiàn)有的金屬光柵有比較大的損耗、所產(chǎn)生的表面等離子體不能傳輸相對(duì)較長(zhǎng)的距離。在慢光系統(tǒng)中要同時(shí)兼顧表面等離子體的傳播速度和傳播損耗，即在可接受的慢光傳播速度的基礎(chǔ)上減少傳輸損耗，或者在可接受的傳輸損耗的基礎(chǔ)上減小慢光傳播速度。
[0004]以往的表面等離子體波導(dǎo)多是追求如何獲得小的傳播速度，往往忽略了表面等離子體在傳輸過程中的傳輸損耗。例如金屬光柵波導(dǎo)，由兩個(gè)對(duì)稱的高度遞增的金屬齒形構(gòu)成，金屬齒寬度相等，齒深逐漸遞增，齒間空氣槽的寬度一致。不同頻率入射波所產(chǎn)生的表面等離子體被約束在不同高度的空氣槽中，大幅度地降低表面等離子體的傳播速度。但是此種慢光波導(dǎo)由于中間的場(chǎng)與金屬大面積接觸，故損耗很大，不利于表面等離子體的長(zhǎng)距離傳輸。近年報(bào)道的介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)是一種慢光傳輸波導(dǎo)，具有很低的傳輸損耗，并且對(duì)表面等離子體有很強(qiáng)的場(chǎng)的約束性。例如一種新型的慢光波導(dǎo)是在金屬基體上連接高度逐漸增加的多個(gè)娃齒，此結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)產(chǎn)生的場(chǎng)大部分在娃齒中間，但是仍有很大一部分場(chǎng)在娃齒上方的空氣中，用在納米集成回路中，空氣的場(chǎng)會(huì)和其他器件產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_，約束性不夠。
[0005]慢光傳輸速度慢，有利于在未來(lái)光子集成回路中對(duì)光信息的處理；損耗低有利于增大表面等離子體在波導(dǎo)中的傳輸距離；場(chǎng)約束性強(qiáng)則有效地避免了在光子集成回路中光信號(hào)之間的信息干擾。現(xiàn)在需要同時(shí)具有這三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)的表面等離子體慢光波導(dǎo)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種表面等離子體慢光波導(dǎo)，介質(zhì)光柵的柵條上、下兩端分別經(jīng)加載介質(zhì)層與上、下金屬基底連接。同時(shí)具有群速度低，傳輸損耗小，場(chǎng)的約束性強(qiáng)三大優(yōu)勢(shì)，有利于光子集成回路中光信息的處理。
[0007]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種表面等離子體慢光波導(dǎo)，包括金屬基底和介質(zhì)光柵，所述金屬基底為上下兩塊，介質(zhì)光柵的柵條上、下兩端分別經(jīng)加載介質(zhì)層與上、下金屬基底連接。介質(zhì)光柵的柵條以上、下金屬基底之間的水平的中心線為上下對(duì)稱，各柵條的寬度a，各柵條的間距b等，各柵條的厚度相等，柵條的高度由一端向另一端以相同的增幅2dh逐漸遞增，最少為4根柵條。柵條之間為空氣或者為真空。
[0008]所述金屬基底的材料為低損耗金屬銀、銅、金、鋁中的任一種。最優(yōu)選擇為銀。
[0009]所述介質(zhì)光柵的材料為相對(duì)介電常數(shù)大于10的絕緣體，最優(yōu)選擇為硅。
[0010]所述加載介質(zhì)層的材料為相對(duì)介電常數(shù)大于2、小于介質(zhì)光柵介電常數(shù)的絕緣體，
最優(yōu)選擇為二氧化娃。
[0011]所述介質(zhì)光柵的柵條寬度a為100?120nm，柵條間距b為130?250nmo
[0012]所述介質(zhì)光柵的柵條高度h為40nm彡h彡800nm，相鄰柵條的高度差2dh為4?16nm0
[0013]所述的加載介質(zhì)層的高度為10?20nm。
[0014]所述介質(zhì)光柵的柵條和加載介質(zhì)層的厚度相等。
[0015]與加載介質(zhì)層連接的上方的金屬基底的底和下方的金屬基底的頂為直線，二者以水平的中心線上下對(duì)稱。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種表面等離子體慢光波導(dǎo)的有益效果是:1、表面等離子體的傳輸損耗大幅度下降，在一定范圍內(nèi)同時(shí)具備傳播速度小和損耗小的優(yōu)勢(shì)，只是相比金屬光柵結(jié)構(gòu)，傳播速度略大，但因損耗降低很多，故優(yōu)勢(shì)仍很明顯；2、不同頻率入射波激勵(lì)所產(chǎn)生的表面等離子體可在對(duì)應(yīng)高度的介質(zhì)光柵中產(chǎn)生共振，且上下金屬基底包圍了介質(zhì)光柵，場(chǎng)被約束在單個(gè)或者幾個(gè)柵條中，不會(huì)向空氣中發(fā)散，具有極強(qiáng)的場(chǎng)的約束性；3、同時(shí)具有群速度低，傳輸損耗小，場(chǎng)的約束性強(qiáng)三大優(yōu)勢(shì)，將成為光子集成回路中光信息的處理的重要組成部分；4、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。
【附圖說明】
[0017]圖1為本表面等離子體慢光波導(dǎo)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本表面等離子體慢光波導(dǎo)實(shí)施例的仿真實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的表面等離子體的損耗因子與入射波頻率的關(guān)系圖；
[0019]圖3為本表面等離子體慢光波導(dǎo)實(shí)施例的仿真實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的表面等離子體群速度與入射波頻率的關(guān)系圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào)為:
[0021]1、金屬基底，2、介質(zhì)光柵，3、加載介質(zhì)層，4、空氣。
[0022]a為介質(zhì)光柵的柵條寬度，
[0023]b為介質(zhì)光柵的柵條間距，
[0024]h為介質(zhì)光柵第一個(gè)柵條的高度，
[0025]dh為介質(zhì)光柵相鄰柵條一端的遞增高度，
[0026]d為介質(zhì)加載層的高度。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作