基于亚波长金属/介质的集成光学器件制造技术

本发明专利技术实施例提供一种基于亚波长金属/介质的集成光学器件。该集成光学器件包括：第一金属层；第二金属层，第一金属层与第二金属层之间形成纳米腔；以及金属栅格，金属栅格设置于纳米腔中，金属栅格与第一金属层之间具有第一距离，金属栅格与第二金属层之间具有第二距离；其中，通过设置第一距离和第二距离，能够调控金属栅格与第一金属层之间的第一波导等效折射率以及金属栅格与第二金属层之间的第二波导等效折射率。这样，可以实现亚波长集成光回路，可以实现如布拉格光栅反射效应和马赫

【技术实现步骤摘要】
基于亚波长金属/介质的集成光学器件


[0001]本专利技术涉及集成光学器件
，具体地涉及一种基于亚波长金属/介质的集成光学器件。

技术介绍

[0002]集成光学器件伴随着光纤通信的兴起和发展已经走过了几十年。集成光学器件不仅成为光纤网络的重要组成部分，而且也促使光纤通信容量爆炸性增长、光纤通信技术和产业的迅猛发展，加上集成光学器件技术的进一步发展和成熟还将掀起光纤通信技术及其相关产业发展的新高潮。
[0003]在光学传感领域，布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)已经过大量的研究并被广泛应用。作为传感器，FBG具有质量轻、体积小、便携、抗电磁干扰、精度不受光源强度影响，容易实现复用和分布式传感等优点，它可以应用于折射率、温度、应力、扭曲、压力、化学物质浓度等方面的测量，其由于自身结构的特殊性，可形成折射率的周期性调制，波和反向波形成不同的相位关系，当正向波与反向波满足相消条件时，会形成禁带，继而实现波长选择的功能。FBG型波导因设计结构的灵活性被应用于各种光学器件中，如半导体激光器、光学滤波器和调制器等等。马赫
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曾德尔干涉仪(Mach
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Zehnder Interferometer，MZI)型光波导由于具有高灵敏度、高选择性、抗干扰能力强、使用范围广、尺寸小而日益受到人们的关注，其多用于实现光纤光栅的波长位移的高精度检测上。
[0004]表面等离子体激元(Surface Plasmon，SP)具有近场增强特性和表面传输特性，可以将光局域在亚波长尺度，因此基于表面等离子体的光学器件的研究受到科学家的广泛关注。学者们对表面等离子体的研究最早是在1902年，R.W.Wood等科学家在将可见光波照射到金属光栅的实验中，观测到一系列明暗条纹，意识到了表面等离子体激元波的存在，随后U.J.Fano等人提出了表面等离子体激元(Surface Plasmon polaritons，SPPs)的概念，此后越来越多的科学家们都将视线集中在了基于SPPs的光学器件的研究上。
[0005]SPPs是一种在金属介质交界面上传播的电磁表面波，其场分布在界面两侧呈指数衰减。SPPs具有可突破传统光学衍射极限及强局域性的特点，因此可以实现光在亚波长级别的引导和操控。基于SPPs可以作为能源和信息载体在高密度集成光电路中具有重要的潜在应用价值。传统光波导结构中以高折射率材料作为波导芯，以低折射率材料作为被覆层，其光场主要集中在高折射率材料构成的波导芯中。SPPs波导结构中有两种重要的波导结构类型，即IMI(Insulator
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Metal
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Insulator)和MIM(Metal
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Insulator
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Metal)波导。其中IMI波导具有较低的损耗，但是限制光在亚波长传播的能力较弱。相对应的，MIM波导结构简单，对能量具有较强的束缚性，不仅在较宽的频谱范围内支持亚波长髙群速的模式，而且可实现长程传播并允许其在纳米级别操控和传播光，引入布拉格光栅结构后，可以使表面等离子体的传播特性受到影响，具有光子禁带特性，因此对MIM表面等离子激元布拉格波导结构的研究引起了科学家们的广泛关注。
[0006]目前，基于MIM波导的微纳光学功能器件有着重要的研究价值且在实验和理论研
究方面取得了许多突破，如布拉格反射器，传感器等。但是，现有技术中的布拉格光纤光栅传感器以及马赫
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曾德尔干涉仪为独立的两个光学器件，在使用时功能单一且尺寸较大。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例的目的是提供一种基于亚波长金属/介质的集成光学器件，用以解决现有技术中的光学器件功能单一且尺寸较大的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种基于亚波长金属/介质的集成光学器件，该集成光学器件包括：
[0009]第一金属层；
[0010]第二金属层，第一金属层与第二金属层之间形成纳米腔；以及
[0011]金属栅格，金属栅格设置于纳米腔中，金属栅格与第一金属层之间具有第一距离，金属栅格与第二金属层之间具有第二距离；
[0012]其中，通过设置第一距离和第二距离，能够调控金属栅格与第一金属层之间的第一波导等效折射率以及金属栅格与第二金属层之间的第二波导等效折射率。
[0013]在本专利技术的实施例中，第一距离或第二距离越大，第一距离对应的第一波导等效折射率或第二距离对应的第二波导等效折射率越小；第一距离或第二距离越小，第一距离对应的第一波导等效折射率或第二距离对应的第二波导等效折射率越大。
[0014]在本专利技术的实施例中，集成光学器件包括多个金属栅格，将多个金属栅格间隔设置，并且将多个金属栅格的第一距离和第二距离设置为相等的距离，以形成布拉格光栅效应反射光谱。
[0015]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格之间的间隔距离设置为不同距离，以得到不同周期的布拉格光栅效应反射光谱。
[0016]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格设置为不同长度的金属栅格，以得到不同的布拉格光栅效应反射光谱，随着金属栅格的长度增大，布拉格光栅效应反射光谱的特征峰出现红移现象。
[0017]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格设置为不同厚度的金属栅格，以得到不同的布拉格光栅效应反射光谱，随着金属栅格的厚度增大，布拉格光栅效应反射光谱的特征峰出现红移现象。
[0018]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格的第一距离和第二距离设置为不相等的距离，以形成级联马赫
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曾德尔干涉光谱和布拉格光栅效应反射光谱。
[0019]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格设置为不同长度的金属栅格，以形成不同的马赫
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曾德尔干涉光谱。
[0020]在本专利技术的实施例中，将多个金属栅格设置为不同厚度的金属栅格，以形成不同的马赫
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曾德尔干涉光谱。
[0021]在本专利技术的实施例中，将多个相同或不同的金属栅格作为一个周期，通过级联组合产生不同的布拉格光栅效应反射光谱和/或马赫
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曾德尔干涉光谱。
[0022]上述集成光学器件包括第一金属层、第二金属层以及金属栅格，第一金属层与第二金属层之间形成纳米腔，金属栅格设置于纳米腔中，金属栅格与第一金属层之间具有第一距离，金属栅格与第二金属层之间具有第二距离；通过设置第一距离和第二距离，能够调
控金属栅格与第一金属层之间的第一波导等效折射率以及金属栅格与第二金属层之间的第二波导等效折射率。这样，可以实现亚波长集成光回路，可以实现如布拉格光栅反射效应和马赫
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曾德尔干涉效应的多功能光学效应，集成两种光学器件的优点且互不干扰，性能优越，尺寸较小，为全光集成回路提供了重要支撑。
[0023]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0024]附图是用来提供对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亚波长金属/介质的集成光学器件，其特征在于，所述集成光学器件包括：第一金属层；第二金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间形成纳米腔；以及金属栅格，所述金属栅格设置于所述纳米腔中，所述金属栅格与所述第一金属层之间具有第一距离，所述金属栅格与所述第二金属层之间具有第二距离；其中，通过设置所述第一距离和所述第二距离，能够调控所述金属栅格与所述第一金属层之间的第一波导等效折射率以及所述金属栅格与所述第二金属层之间的第二波导等效折射率。2.根据权利要求1所述的集成光学器件，其特征在于，所述第一距离或所述第二距离越大，所述第一距离对应的所述第一波导等效折射率或所述第二距离对应的所述第二波导等效折射率越小；所述第一距离或所述第二距离越小，所述第一距离对应的所述第一波导等效折射率或所述第二距离对应的所述第二波导等效折射率越大。3.根据权利要求2所述的集成光学器件，其特征在于，所述集成光学器件包括多个金属栅格，将所述多个金属栅格间隔设置，并且将所述多个金属栅格的第一距离和第二距离设置为相等的距离，以形成布拉格光栅效应反射光谱。4.根据权利要求3所述的集成光学器件，其特征在于，将所述多个金属栅格之间的间隔距离设置为不同距离，以得到不同周期的布拉格光栅效应反射光谱。5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亮，李嘉其，曹成艺，温坤华，翁俊，麦茂靖，李旭东，余泉澔，曾欣媛，张简智，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：