CN104570204B - 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置 - Google Patents

一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104570204B
CN104570204B CN201410800535.7A CN201410800535A CN104570204B CN 104570204 B CN104570204 B CN 104570204B CN 201410800535 A CN201410800535 A CN 201410800535A CN 104570204 B CN104570204 B CN 104570204B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
spps
graphene
graphene waveguide
surface plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410800535.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104570204A (zh
Inventor
朱君
秦柳丽
宋树祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Normal University
Original Assignee
Guangxi Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Normal University filed Critical Guangxi Normal University
Priority to CN201410800535.7A priority Critical patent/CN104570204B/zh
Publication of CN104570204A publication Critical patent/CN104570204A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104570204B publication Critical patent/CN104570204B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置，包括Si基底和由Si基底氧化的SiO2介质层，其特征是，在SiO2介质层表面设有用来传播表面等离子体的石墨烯波导，石墨烯波导的一端刻蚀有激发SPPs的褶皱结构，石墨烯波导的另一端侧边的SiO2介质层填充有增益介质。这种装置能克服增加SPPs传播距离中出现的器件尺寸大、集成化难度大的瓶颈，可以克服信道中自发辐射产生的噪声损耗，成本低、易于实现。

Description

一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子 体传播装置
技术领域
本发明涉及光通信技术，具体是指一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置。
背景技术
目前，表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs) 在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用，已成为宽带通讯系统、微小光子回路等领域的一种新型技术，国内外学者采用这一技术实现了多种信号传输与光子器件的设计，尤其以丹麦的Nikolajsen研究团队利用热光效应在嵌入聚合物材料的金属条上分别实现了光调制器和光开关，并采用20nm厚的金平板波导的传输损耗在光通信波长窗口低至6 dB/cm，然而这种波导的模式尺寸却达到了12μm。在大量的SPPs传播装置设计与应用的研究中，大都采用增益介质以补偿衰减实现SPPs的长距离传播。 SPPs是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制。正因为SPPs这种独特的性质，使其受到了国内外诸多学者的广泛重视。
《Physical Review Letters》在2005年95卷4期046802页上登载了“Channelplasmon-polariton guiding by subwavelength metal grooves” 一文，丹麦奥尔堡大学的Bozhevolnyi团队采用聚焦离子束刻蚀加工，用近场扫描光学显微镜研究发现的V形槽SPPs波导器件，他们还采用基于MIM结构设计了波分复用器以及Bragg光栅滤波器，实现了对SPPs波的滤波特性，然而其SPPs传播距离只有10几μm，这显然无法实现光子回路、光通信的应用。因此解决SPPs传播中由于欧姆效应导致的强烈衰减，依然是SPPs光子器件向实用型转变的首要目标。
目前对于SPPs激发和金属导体材料的应用研究基本集中在采用棱镜激发和贵金属方面。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置。这种装置能克服增加SPPs传播距离中出现的器件尺寸大、集成化难度大的瓶颈，可以克服信道中自发辐射产生的噪声损耗，成本低、易于实现。
实现本发明的技术方案是：
一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置，包括Si基底和由Si基底氧化的SiO2介质层，在SiO2介质层表面设有用来传播表面等离子体的石墨烯波导，石墨烯波导的一端刻蚀有激发SPPs的褶皱结构，石墨烯波导的另一端侧边的SiO2介质层填充有增益介质。
所述的石墨烯波导为石墨烯条状波导。
所述的石墨烯条状波导是在SiO2介质层中采用电子束曝光掩膜法刻蚀、刻蚀深度为600nm的石墨烯条状波导。
所述的增益介质为周期阵列结构的染料增益介质。
周期阵列结构的染料增益介质全程补偿SPPs传播损耗。
所述的周期阵列结构的染料增益介质全程补偿SPPs传播损耗，是在SiO2介质层一侧用等离子体干法刻蚀成槽后填充染料增益介质实现。
所述的染料增益介质为若丹明与吲哚五甲川菁染料以分子数比为2:1混合而成。
这种装置中由于石墨烯的低损耗、良好导体特性克服了信道中自发辐射产生的噪声损耗；褶皱衍射激发SPPs的结构不仅能够激发SPPs，还能利用SPPs波矢关系实现器件参数控制；全程补偿SPPs传播损耗的周期阵列结构的染料增益的方法在具备有机染料增益介质良好的波长适应性、高量子效率的同时采用了阵列全程损耗补偿方式增加了SPPs传播距离；石墨烯条状波导的SPPs结构为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供了理想的亚波长光子器件，采用的制备技术成本低、易于实现。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中 1.Si基底 2.SiO2介质层 3.入射光源 4.激发SPPs褶皱结构 5.石墨烯波导6.增益介质。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述说明，但不对本发明限定。
实施例：
参照图1，一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置，包括Si基底1和由Si基底氧化的SiO2介质层2，在SiO2介质层2表面设有用来传播表面等离子体的石墨烯波导5，石墨烯波导5的一端刻蚀有激发SPPs的褶皱结构4，石墨烯波导5的另一端侧边SiO2介质层2填充有染料增益介质6。
所述的SiO2介质层2是Si基底1在氧气环境下生成的，厚度为800nm。
所述的石墨烯波导5为石墨烯条状波导。
所述的石墨烯条状波导是在SiO2介质层2中采用电子束曝光掩膜法刻蚀、刻蚀深度为600nm的石墨烯条状波导。
所述的染料增益介质6为周期阵列结构的染料增益介质。
周期阵列结构的染料增益全程补偿SPPs传播损耗，是在SiO2介质层2一侧用等离子体干法刻蚀成增益介质槽后填充染料增益介质6实现，填充染料增益介质6用甩胶法，所述的染料增益介质6为若丹明与吲哚五甲川菁染料以分子数比为2:1混合而成，将若丹明与吲哚五甲川菁染料预先混合，以甩胶法填充增益介质槽后通过紫外光干燥。
具体地，如图1 所示，入射光源3由石墨烯波导5侧面衍射进激发SPPs褶皱结构4激发SPPs，SPPs传播中通过阵列染料增益介质6全程补偿损耗。本装置在氧气环境下由长4200nm、宽2700nm、厚900nm的Si基底1生成800nm厚的SiO2介质层2，然后采用电子束曝光掩膜法刻蚀深度达到600nm石墨烯波导5，在石墨烯波导5中采用等离子体干法刻蚀长1200nm的周期200nm激发SPPs褶皱结构4，在SiO2介质层2同样采用等离子体干法刻蚀成长2200nm的周期400nm增益介质槽，选用甩胶法填充阵列增益介质6。

Claims (1)

1.一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置，包括Si基底和由Si基底氧化的SiO2介质层，其特征是，在SiO2介质层表面设有用来传播表面等离子体的石墨烯波导，石墨烯波导的一端刻蚀有激发SPPs的褶皱结构，石墨烯波导的另一端侧边的SiO2介质层填充有增益介质。
CN201410800535.7A 2014-12-22 2014-12-22 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置 Expired - Fee Related CN104570204B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410800535.7A CN104570204B (zh) 2014-12-22 2014-12-22 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410800535.7A CN104570204B (zh) 2014-12-22 2014-12-22 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104570204A CN104570204A (zh) 2015-04-29
CN104570204B true CN104570204B (zh) 2018-02-06

Family

ID=53086710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410800535.7A Expired - Fee Related CN104570204B (zh) 2014-12-22 2014-12-22 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104570204B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105842784B (zh) * 2016-05-12 2019-07-26 广西师范大学 一种多层石墨烯控制局域spp和传导spp相互作用的装置
CN105866883A (zh) * 2016-05-12 2016-08-17 广西师范大学 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
CN106526725A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 广西师范大学 一种基于半导体增益和石墨烯的spp装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102623887A (zh) * 2012-01-13 2012-08-01 燕山大学 一种表面等离子波信号放大器及其制作方法
CN103733100A (zh) * 2011-07-27 2014-04-16 诺基亚公司 与检测电磁信号发送有关的装置和关联方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130031598A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 한국전자통신연구원 광 도파로
KR20130031597A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 한국전자통신연구원 편광기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103733100A (zh) * 2011-07-27 2014-04-16 诺基亚公司 与检测电磁信号发送有关的装置和关联方法
CN102623887A (zh) * 2012-01-13 2012-08-01 燕山大学 一种表面等离子波信号放大器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104570204A (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wood et al. All-dielectric color filters using SiGe-based Mie resonator arrays
US20050255619A1 (en) CMOS-compatible light emitting aperiodic photonic structures
CN104570204B (zh) 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置
CN105866883A (zh) 一种周期光栅结构的石墨烯表面等离子体激元的传播装置
Etienne et al. Active erbium-doped organic–inorganic waveguide
CN106526725A (zh) 一种基于半导体增益和石墨烯的spp装置
CN113866875B (zh) 一种带有损耗补偿功能的光栅层间耦合器及其制备方法
Johnson et al. Theoretical and experimental evaluation of silicon photonic structures for enhanced erbium up-conversion luminescence
JPWO2004113964A1 (ja) フォトニック結晶の構造
Zhu et al. Hybrid Integration of Deterministic Quantum Dot‐Based Single‐Photon Sources with CMOS‐Compatible Silicon Carbide Photonics
CN107147006A (zh) 基于石墨烯和脊型波导的表面等离子激光器
CN109066284A (zh) 一种用于实现可调谐双波段受激辐射的纳米激光器
Chang et al. Colloidal quantum dot lasers built on a passive two-dimensional photonic crystal backbone
CN104614806A (zh) 一种加载玻璃的非对称的SiO2-金膜-SiO2波导结构的表面等离子体激元传播装置
CN104714274A (zh) 基于亚波长狭缝结构表面等离子体定向激发器
CN102623887B (zh) 一种表面等离子波信号放大器及其制作方法
CN104917054A (zh) 一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器
CN204422811U (zh) 基于亚波长狭缝结构表面等离子体定向激发器
Huang Metal nanoridges in hollow Si-loaded plasmonic waveguides for optimal mode properties and ultra-compact photonic devices
CN103728692A (zh) 一种基于纳米梁结构的光机晶体微腔
Lu et al. Tunable nanoblock lasers and stretching sensors
CN100440020C (zh) 一种微纳硅基光放大器及该放大器的增益介质的制备方法
US20140321805A1 (en) Ultra-flat plasmonic optical horn antenna
Jiao et al. Optimization of graphene-based slot waveguides for efficient modulation
CN204462441U (zh) 一种加载玻璃的非对称的SiO2-金膜-SiO2波导结构的表面等离子体激元传播装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180206

Termination date: 20201222

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee