一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，包括衬底以及设置于衬底上的脊形波导结构；脊形波导结构由贵金属层以及光子晶体组成，光子晶体设置于衬底与贵金属层二者之间；光子晶体为多层结构、由自上而下交替层叠设置的高折射率介质层及低折射率介质层组成。本发明专利技术所提出的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，结构紧凑、布局合理，不仅有利于波导使用过程中的光子集成，而且充分地提升了Tamm等离激元模式的传输距离。
【技术实现步骤摘要】
一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导
本专利技术为一种脊形波导，具体涉及一种可应用于高密度光子集成、全光网络等各项技术中的长传输距离Tamm等离激元脊形波导，属于微纳光子学领域。
技术介绍
电磁表面波是一种被束缚在介质界面上的特殊电磁波，最著名的电磁表面波莫过于在介质-金属界面上激发的表面等离激元(Surfaceplasmonpolaritons，SPPs)，它的本质就是在介质-金属界面上光和金属表面的自由电子互相作用而激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，能够突破衍射极限，是目前实现全光集成的方法之一。SPPs可以根据模式传播特性分成两大类：一种是场强局域在金属粒子表面，因为尺寸受限而无法在界面上传播的表面等离激元，即局域型表面等离激元（LocalizedSurfacePlasmonPolariton，LSPP）；还有一种是可以沿金属-介质界面传播的传导型表面等离激元（PropagatingSurfacePlasmonPolariton，PSPP）。全光集成是微纳光子学的重要发展方向，其中高性能微纳光子器件的设计和集成是关键问题之一，要求单元器件的尺寸越来越小,器件的空间距离也越来越小,并且能够在纳米尺度实现超衍射极限的光学调控。纳米光波导是光集成电路中有效连接各种光子学器件和单元的重要元件，近年来多种纳米光波导结构被提出，例如：具有较大折射率差的硅脊介质波导、基于光子晶体结构的介质波导、表面等离激元光波导等。由于SPPs能够突破衍射极限的特性，基于SPPs的各种表面等离激元光波导则能提供更紧密的束缚效果，如条型波导、绝缘体-金属-绝缘体(MIM)波导、横向槽型波导、楔形波导等。虽然表面等离激元光波导具有较好的光场约束能力，然而由于欧姆损耗的存在，传输损耗较大，传输距离通常也只有几微米。针对传统表面等离激元光波导的模场限制能力和传输损耗之间的矛盾，2007年，加拿大多伦多大学的Alam等人第一次提出混合等离激元波导（HybridPlasmonicWaveguide,HPW）。混合等离激元波导的关键在于“混合”，即利用金属－介质界面形成的表面等离激元以及高低折射率差介质间电场不连续形成的传导模式混合成一种新的模式。此时，光场局限在中间的低折射率介质层得到明显增强，同时使得金属吸收小、传输距离增长。但是，由于SPPs对于入射光偏振态具有依赖性，只有TM偏振光才能有效激发SPPs，因此表面等离激元波导以及混合表面等离激元波导都对入射光偏振态具有依赖性。光学Tamm态(OpticTammstates,OTS)是一种新型的无耗散局域界面模式，是一种由半导体超晶格中的电子Tamm态类比而来的光学局域态。目前能够激发OTS的结构主要有两种，一维光子晶体异质结结构和金属-分布式布拉格反射镜(DistributedBraggReflector，DBR)结构。在一维光子晶体异质结中，电磁波不是由于全内反射被束缚在表面，而是由于光子晶体存在的光子禁带被禁锢在界面上，形成局域的场增强。在金属-DBR结构中，由于OTS的激发频率位于DBR禁带的中心频率附近且低于金属等离子体频率，因此DBR中的布洛赫波以倏逝波的形式存在，电磁波被限制在金属和DBR的界面上，类似于SPPs，这种类型的OTS，被称为Tamm等离激元(TammPlasmonPolaritons，TPPs)。相对于SPPs，TPPs在激发机制和光学特性上具有诸多的优越性。其色散曲线位于光锥内侧，不需要特定的入射角或色散调节元件。对入射光偏振态没有偏振依赖性，TE和TM偏振光都能够有效激发，激发条件更为宽松，更加易于实现。其次，TPPs线宽极窄，比SPPs的线宽小接近一个数量级,因而一般具有较大局域场增强的共振模式。再次，TPPs形成于光子晶体界面上，为全介质结构，具有更小的损耗。综上所述，TPPs激发条件宽松，具有很强的光场局域性，能够突破衍射极限，实现微纳尺度上的光操控，同时又克服了SPPs对入射光偏振态的依赖性。如何基于上述研究现状，设计出一种全新的微纳光子器件，以克服现有技术中所存在的诸多不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术的目的是提出一种可应用于高密度光子集成、全光网络等各项技术中的长传输距离Tamm等离激元脊形波导，具体如下。一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，包括衬底以及设置于所述衬底上的脊形波导结构；所述脊形波导结构由贵金属层以及光子晶体组成，所述光子晶体设置于所述衬底与所述贵金属层二者之间；所述光子晶体为多层结构、由自上而下交替层叠设置的高折射率介质层及低折射率介质层组成。优选地，所述贵金属层的材质为金或银。优选地，所述贵金属层的材质为银。优选地，所述高折射率介质层的折射率为2~4，所述低折射率介质层的折射率为0.5~1.5。优选地，所述高折射率介质层的材质为TiO2，所述低折射率介质层的材质为SiO2；所述高折射率介质层的折射率为2.430，所述低折射率介质层的折射率为1.457。优选地，在所述光子晶体的多层结构中，位于最顶层的介质层与位于最低层的介质层相同、二者均为所述高折射率介质层。优选地，所述贵金属层、所述高折射率介质层以及所述低折射率介质层三者的厚度均小于所述长传输距离Tamm等离激元脊形波导使用过程中的入射光波长。优选地，所述光子晶体的周期数为5~10。优选地，所述光子晶体的周期数为7。与现有技术相比，本专利技术的优点主要体现在以下几个方面：本专利技术所提出的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，结构紧凑、布局合理，不仅有利于波导使用过程中的光子集成，而且充分地提升了Tamm等离激元模式的传输距离。在实际应用时，本专利技术的长传输距离Tamm等离激元脊形波导对入射光偏振态没有依赖性，TM偏振和TE偏振入射光都能有效激发贵金属-光子晶体界面上的Tamm等离激元模式。同时，本专利技术的硬件结构简单、材料易得、生产和制备过程容易实现，为后续大规模的生产、应用提供了坚实基础。此外，本专利技术还为高密度光子集成、全光网络等领域内的各项相关研究和应用提供了一种全新的思路，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，行业应用前景广阔。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为本专利技术的立体结构示意图；图2为不同偏振态下本专利技术的色散曲线；图3为本专利技术在TM偏振、1550nm光入射时所激发的TPPs模式磁场|Hy|分布图及沿波导中心竖直方向场分布曲线；图4为本专利技术在TE偏振、1550nm光入射时所激发的TPPs模式电场|Ey|分布图及沿波导中心竖直方向场分布曲线；图5为本专利技术在不同偏振态下TPPs模式的传输距离随波导脊宽度的变化关系图；其中：1、衬底；2、贵金属层；3、光子晶体；31、高折射率介质层；32、低折射率介质层。...
【技术保护点】
1.一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：包括衬底（1）以及设置于所述衬底（1）上的脊形波导结构；所述脊形波导结构由贵金属层（2）以及光子晶体（3）组成，所述光子晶体（3）设置于所述衬底（1）与所述贵金属层（2）二者之间；所述光子晶体（3）为多层结构、由自上而下交替层叠设置的高折射率介质层（31）及低折射率介质层（32）组成。/n
【技术特征摘要】
1.一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：包括衬底（1）以及设置于所述衬底（1）上的脊形波导结构；所述脊形波导结构由贵金属层（2）以及光子晶体（3）组成，所述光子晶体（3）设置于所述衬底（1）与所述贵金属层（2）二者之间；所述光子晶体（3）为多层结构、由自上而下交替层叠设置的高折射率介质层（31）及低折射率介质层（32）组成。
2.根据权利要求1所述的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：所述贵金属层（2）的材质为金或银。
3.根据权利要求1所述的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：所述贵金属层（2）的材质为银。
4.根据权利要求1所述的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：所述高折射率介质层（31）的折射率为2~4，所述低折射率介质层（32）的折射率为0.5~1.5。
5.根据权利要求1所述的一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导，其特征在于：所述高折射...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆云清，苏宁杰，许炯，许吉，王瑾，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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