一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件制造技术

本发明专利技术涉及波长转换领域，具体提供了一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，包括基底、第一贵金属部、第二贵金属部、拓扑绝缘体，第一贵金属部和第二贵金属部置于基底上，第一贵金属部和第二贵金属部之间设有间隙，第一贵金属部、间隙、第二贵金属部构成金属‑介质‑金属波导，第一贵金属部和第二贵金属部靠近间隙处分别设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔对称地设置在间隙的两侧，拓扑绝缘体填充满第一空腔和第二空腔。本发明专利技术能够实现高效率的波长转换。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件
本专利技术涉及波长转换领域，具体涉及一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件。
技术介绍
波长转换是指将一种波长的光转换为另外一种波长的光。波长转换能够实现波长的再利用，便于构成任意扩展的波分复用网络。因此，波长转换技术在全光通信中具有重要的作用。拓扑绝缘体材料具有宽带非线性和高稳定性，拓扑绝缘体材料在波长转换中具有重要的应用。但是，现有技术中波长转换器件的尺寸大，波长转换的效率低。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，包括基底、第一贵金属部、第二贵金属部、拓扑绝缘体，第一贵金属部和第二贵金属部置于基底上，第一贵金属部和第二贵金属部之间设有间隙，第一贵金属部、间隙、第二贵金属部构成金属-介质-金属波导，第一贵金属部和第二贵金属部靠近间隙处分别设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔对称地设置在间隙的两侧，拓扑绝缘体填充满第一空腔和第二空腔。更进一步地，拓扑绝缘体与间隙的距离小于10纳米。更进一步地，第一空腔和第二空腔为长方形，长方形的长边方向沿金属-介质-金属波导的方向。更进一步地，在第一空腔和第二空腔处，间隙宽。更进一步地，在第一空腔和第二空腔处，间隙为弧形。更进一步地，在第一空腔和第二空腔处，间隙为矩形。更进一步地，第一贵金属部和第二贵金属部的材料为金或银。更进一步地，间隙的宽度小于60纳米。更进一步地，基底的材料为二氧化硅。更进一步地，拓扑绝缘体为Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Se3、Sb2Te3、InSb、Li2IrO3。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，包括基底、第一贵金属部、第二贵金属部、拓扑绝缘体，第一贵金属部和第二贵金属部置于基底上，第一贵金属部和第二贵金属部之间设有间隙，第一贵金属部、间隙、第二贵金属部构成金属-介质-金属波导，第一贵金属部和第二贵金属部靠近间隙处分别设有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔对称地设置在间隙的两侧，拓扑绝缘体填充满第一空腔和第二空腔。应用时，电磁波被耦合进入金属-介质-金属波导，在金属-介质-金属波导内形成表面等离极化激元，并在金属-介质-金属波导的侧面形成强电场，这些强电场与拓扑绝缘体产生作用，增强了拓扑绝缘体的四波混频效应，从而实现高效率的波长转换。另外，本专利技术是基于波导结构的，在金属-介质-金属波导的间隙外设置拓扑绝缘体，器件的尺寸小。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件的示意图。图2是又一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件的示意图。图中：1、第一贵金属部；3、第二贵金属部；3、间隙；4、第二空腔；5、第一空腔。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1本专利技术提供了一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，如图1所示，包括基底、第一贵金属部1、第二贵金属部2、拓扑绝缘体。第一贵金属部1和第二贵金属部2置于基底上。基底的材料为二氧化硅。第一贵金属部1和第二贵金属部2的材料为金或银。第一贵金属部1和第二贵金属部2之间设有间隙3，第一贵金属部1、间隙3、第二贵金属部2构成金属-介质-金属波导。间隙3的宽度小于60纳米，以便于在金属-介质-金属波导内传播的电磁场为基膜，从而在间隙3的侧面形成强电场。第一贵金属部1和第二贵金属部2靠近间隙3处分别设有第一空腔5和第二空腔4，第一空腔5和第二空腔4对称地设置在间隙3的两侧。也就是说，第一空腔5和第二空腔4分别设置在第一贵金属部1和第二贵金属部2内，第一空腔5和第二空腔4与间隙3之间为贵金属材料。拓扑绝缘体填充满第一空腔5和第二空腔4。拓扑绝缘体为Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Se3、Sb2Te3、InSb、Li2IrO3。拓扑绝缘体与间隙3的距离小于10纳米。也就是说，在拓扑绝缘体和间隙3之间，贵金属材料的厚度小于10纳米，以便于间隙3侧面内的电场能够穿透拓扑绝缘体与间隙3之间的贵金属材料，进而作用到拓扑绝缘体，使得拓扑绝缘体产生四波混频效应。应用时，电磁波被耦合进入金属-介质-金属波导，在金属-介质-金属波导内形成表面等离极化激元，并在金属-介质-金属波导的侧面形成强电场，这些强电场与拓扑绝缘体产生作用，增强了拓扑绝缘体的四波混频效应，从而实现高效率的波长转换。另外，本专利技术是基于波导结构的，在金属-介质-金属波导的间隙外设置拓扑绝缘体，器件的尺寸小。另外，在本专利技术中，第一空腔5和第二空腔4与间隙3之间的距离近。第一空腔5和第二空腔4内的拓扑绝缘体改变了间隙3内的周围环境，从而改变金属-介质-金属波导的有效折射率，从而在第一空腔5和第二空腔4处的间隙内形成谐振腔效果，从而将更多的电磁场能量聚集在第一空腔5和第二空腔4处的间隙3内，这些电磁场又与第一空腔5和第二空腔4内的拓扑绝缘体作用，更进一步地增强了拓扑绝缘体的四波混频效应，从而实现高效率的波长转换。实施例2在实施例1的基础上，第一空腔5和第二空腔4为长方形，长方形的长边方向沿金属-介质-金属波导的方向，以便增强金属-介质-金属波导内的电场与拓扑绝缘体的作用，从而改变更多拓扑绝缘体的四波混频效应，从而实现更高效率的波长转换。实施例3在实施例2的基础上，如图2所示，在第一空腔5和第二空腔4处，间隙3宽。这样一来，一方面，拓扑绝缘体与间隙3的距离更近，间隙3内的电场能够更强地作用到拓扑绝缘体；另一方面，在间隙3内形成谐振腔效果，从而在第一空腔5和第二空腔4处形成聚集的强电场。这两方面的效果均导致拓扑绝缘体四波混频效应增强，从而实现更高效率的波长转换。更进一步地，在第一空腔5和第二空腔4处，间隙3为弧形，以便于将间隙3内的强电磁场聚集在弧形的中部，而在此处，拓扑绝缘体与间隙3的距离最近，所以能够实现更强拓扑绝缘体与电磁场的作用，从而实现更高效率的波长转换。更进一步地，在第一空腔5和第二空腔4处，间隙3为矩形。也就是说，在第一空腔5和第二空腔4处，间隙3也为矩形，但是其宽度大于其他部位间隙3的宽度。这样一来，一方面，矩形的间隙3容易制备；另一方面，较宽的矩形间隙3也能将电磁场能量聚集在拓扑绝缘体附近，从而增强拓扑绝缘体的四波混频效应，从而实现高效率的波长转换。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，其特征在于，包括基底、第一贵金属部、第二贵金属部、拓扑绝缘体，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部置于所述基底上，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部之间设有间隙，所述第一贵金属部、所述间隙、所述第二贵金属部构成金属-介质-金属波导，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部靠近所述间隙处分别设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔对称地设置在所述间隙的两侧，所述拓扑绝缘体填充满所述第一空腔和所述第二空腔。/n

【技术特征摘要】
1.一种嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，其特征在于，包括基底、第一贵金属部、第二贵金属部、拓扑绝缘体，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部置于所述基底上，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部之间设有间隙，所述第一贵金属部、所述间隙、所述第二贵金属部构成金属-介质-金属波导，所述第一贵金属部和所述第二贵金属部靠近所述间隙处分别设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔对称地设置在所述间隙的两侧，所述拓扑绝缘体填充满所述第一空腔和所述第二空腔。


2.如权利要求1所述的嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体与所述间隙的距离小于10纳米。


3.如权利要求2所述的嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，其特征在于：所述第一空腔和所述第二空腔为长方形，所述长方形的长边方向沿所述金属-介质-金属波导的方向。


4.如权利要求3所述的嵌入型拓扑绝缘体波长转换器件，其特征在于：在所述第一空腔和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：李国强，
类型：发明
国别省市：山东;37