表面等离子体极化激元调制制造技术

一种装置，包括：具有金属表面的基板、结构以及面对金属顶面的介电物体。该结构被配置为光学地产生在金属表面上传播的表面等离子体极化激元。介电物体可控制为，在沿着以及接近该金属表面的不同位置的阵列处，调整介电常数的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于表面等离子体极化激元的装置以及操作这种装置的方法。
技术介绍
本部分对可以帮助便于更好理解本专利技术的方面进行介绍。相应地，基于该目的阅 读本部分的陈述，并不是理解为对现有技术中有的或现有技术中没有的认可。全光路由器执行光路由，而不执行接收到的光信号至电信号的中间转换。直到最 近，避免这种转换使得全光路由器比将接收到的光信号转换成中间电信号的传统非全光路 由器更快速地执行光路由。典型地，全光路由器比这种非全光路由器更简单，这是由于不存 在用于执行这种转换的硬件。确实，较高操作速度以及较低复杂性通常使得这种全光路由 器比非全光路由器更优选。近来，对各种类型的非全光路由器的关注不断增加。一种类型的非全光路由器使 用表面等离子体极化激元来执行光路由。这种类型的非全光路由器具有既能够高速工作制 造起来又简单且不昂贵的潜力。具体地，这种非全光路由器的制造在很大程度上基于在微 电子和集成光学制造中使用的传统技术。表面等离子体极化激元通常也被称作表面等离子体激元。表面等离子体激元是传 播表面电荷密度和关联的电磁波的组合。表面等离子体激元可以沿着金属和电介质之间的 界面传播，并可以沿着暴露给真空的金属的表面传播。表面等离子体激元可以沿着这种界 面和表面传播，而不管该表面是平滑的还是起伏的，以及不管该表面是平坦的还是弯曲的。
技术实现思路
各个实施例提供用于调制表面等离子体极化激元(SPP)的射流的装置和方法。一 些实施例提供对SPP的射流进行聚焦或散焦。一些实施例可以用于增强与SPP相关联的电 磁场的强度。在第一方面中，本专利技术提出了一种装置，该装置包括具有金属表面的基板、结构 以及面对顶部金属表面的介电物体。该结构被配置为光学地产生在金属表面上传播的SSP。 介电物体可控制为，在沿着以及接近该金属表面的不同位置的阵列处，调整介电常数的值。在装置的一些实施例中，介电物体包括面对金属表面的介电层、以及沿着该层放 置的磁或电控制器。每个控制器能够改变介电层的相邻部分的介电常数。在装置的一些实施例中，该结构包括沿着金属表面的变形的规则阵列。在一些实施例中，该装置包括MEMS致动器阵列，并且介电物体包括柔性介电层或 介电块的阵列。每个MEMS致动器能够改变层的相应部分或块中的相应的一个块距金属表 面的距离。在一些这种实施例中，能够将介电层的每个部分或介电块中的每一个移位至金 属表面附近。在一些这种实施例中，该装置包括具有面对金属表面的表 面的第二基板，所 述MEMS致动器位于第二基板上。在一些实施例中，该装置包括具有沿着金属表面的变形的规则矩阵的第二结构。上述两个结构是分离的，并且第二结构被配置为光学地检测传播至第二阵列的SPP。在第二方面中，本专利技术提出了一种方法。该方法包括在金属表面上产生SPP射 流，并以改变所产生的射流的波阵面的形状的方式，对所产生的射流的波阵面进行空间调 制。该调制包括相对于每个波阵面的第二部分的传播速度，减小每个波阵面的第一部分的 传播速度。在一些实施例中，该调制包括操作多个MEMS致动器，以将介电层的部分或介电块移动靠近或远离顶部金属表面。介电层的每个部分或每个介电块具有沿着表面以及沿着 波阵面的宽度，该宽度小于射流的波阵面的宽度的1/10，或者小于射流的SPP的波长。该操 作可以包括使介电层的部分或介电块与顶部金属表面之间存在距离，以具有上凸轮廓或 上凹轮廓。在该方法的一些实施例中，空间调制包括对射流横向聚焦或者引起射流发散。在一些实施例中，该方法还包括检测由射流的空间调制后的波阵面的一部分辐 射的光。该光从沿着顶部金属表面的变形的规则矩阵辐射。附图说明图1是产生并空间调制表面等离子体极化激元(SPP)的装置的一部分的顶视图；图2是图1的装置的一部分的侧视图；图3是示出了图1-2的装置的示例控制系统的框图；图4是用于SPP射流的空间调制器(例如在图1-2的装置中使用)的第一实施例 的一个MEM致动器的侧视图；图5是进一步示出图4的空间调制器的一部分的斜视图；图6是SPP射流的空间调制器(例如，在图1-2的装置中使用)的第二实施例的 一个MEMS致动器的侧视图；图7是图6的MEMS致动器的移动部分的顶视图；图8是用于SPP射流的空间调制器(例如，在图1-2的装置中使用)的第三实施 例的一个MEMS致动器的侧视图；图9是图8的MEMS致动器的移动部分的顶视图；图10示出了金-真空以及各种金_电介质界面处的SPP的分散关系；图11示出了银-真空以及各种银-电介质界面处的SPP的分散关系；图12示出了图1-3的空间SPP调制器中将金属顶面与介电层的横向区域或介电 块隔离的示例上凹空间曲线；图13示出了图1-3的空间SPP调制器中，对于金属顶面与介电层的横向区域或介 电块之间的距离的示例上凸空间轮廓；以及图14示出了图1-3的空间SPP调制器中，对于金属顶面与介电层的横向区域或介 电块之间的距离的示例倾斜空间轮廓；以及图15是示意性示出了用于例如利用图1-3的装置以图4-9的MEMS致动器来空间 调制表面等离子体极化激元的一个方法的流程图。在附图和说明书中，类似的参考数字指代具有实质上类似功能和/或实质上类似 结构的特征。在一些附图中，可能夸大了特征的相对尺度，以更清楚示意这里所示的结构。这里，通过附图和示意实施例的详细描述更完整地描述各种实施例。然而，本专利技术可以以各种形式体现，并不限于在附图和示意实施例的详细描述中描述的特定实施例。具体实施例方式图1和2示出了基于表面等离子体极化激元(SPP)的装置8。SPP沿着基板12的 金属顶面10传播。基板12可以包括金属、电介质或半导体，并且该金属顶面可以是平面的。 基板12的示例是适合于微电子制造的平面半导体基板，例如，硅片基板。在这样的实施例 中，基板12包括产生金属顶面10的顶部金属层。在各个实施例中，金属顶面10或金属基 板12可以由多种基本金属或合金金属形成，例如，金、银、铜或铝。在一些实施例中，金属顶 面10可以被薄透明介电层(未示出)覆盖。装置8包括光SPP耦合器14、空间SPP调制器16、以及一个或多个SPP检测器 18。金属顶面10在光SPP耦合器14、空间SPP调制器16以及SPP检测器18之间延伸，使 得SPP可以在这些元件之间传播。光SPP耦合器14、SPP调制器16以及一个或多个SPP检 测器18沿着金属顶面10的分离的横向部分放置。光SPP耦合器14被配置为光学地产生在金属顶面10上传播的SPP射流。光SPP 耦合器14包括光源22、以及基板12的修改横向区域23 (如图1中虚线框所示)。光源 22光学地产生在修改横向区域23中的SPP，并且可以产生沿着沿着金属层12的顶面在不 同方向上传播的SPP。这里，SPP射流”是指一个或多个表面等离子体极化激元的传播相干模式。射流 的传播定义了等相波阵面的空间序列，该等相波阵面可以是平面或弧形或更复杂的形状。 通常，光学生成产生具有基本上良好定义的传播方向，但是光学生成可能产生波阵面不直 的SPP射流。例如，如果产生的光束具有发散或会聚的光波阵面，则光SPP耦合器14可能 产生发散或会聚的SPP射流，S卩，具有弧形波阵面的SPP射流。在所示的光SPP耦合器14中，修改横向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：具有金属表面的基板；用于光学地产生在金属表面上传播的表面等离子体极化激元的结构；具有面对金属表面的表面的介电物体，所述介电物体能够被控制为，在沿着和接近金属表面的不同位置的阵列处，调整介电常数的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-9 11/983,538一种装置，包括具有金属表面的基板；用于光学地产生在金属表面上传播的表面等离子体极化激元的结构；具有面对金属表面的表面的介电物体，所述介电物体能够被控制为，在沿着和接近金属表面的不同位置的阵列处，调整介电常数的值。2.根据权利要求1所述的装置，其中，介电物体包括面对金属表面的介电层、以及沿 着所述介电层放置的磁或电控制器，每个控制器能够改变介电层的相邻部分的介电常数。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述结构包括沿着金属表面的变形的规则阵列。4.根据权利要求1所述的装置，还包括MEMS致动器阵列；以及其中，介电物体包括柔性介电层或介电块阵列，每个MEMS致动器能够改变所述柔性介 电层的相应部分或所述介电块中相应的一个介电块距所述金属表面的距离。5.根据权利要求4所述的装置，其中，介电物体能够被操作为，在沿着由所述结构产生 的表面等离子体极化激元的射流的波阵面的多个位置处，调整有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔阿纳托利耶维奇阿克休克，格尔什布卢姆伯格，
申请(专利权)人：朗讯科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]