CN105122106B - 纳米级等离子体激元场效应调制器 - Google Patents

纳米级等离子体激元场效应调制器 Download PDF

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Abstract

等离子体激元器件具有透明导电氧化物(TCO)波导和施加在TCO和金属层之间的用于调制输入光信号的可调整电压。等离子体激元器件包括：衬底；在衬底上的并具有开槽通道的金属层；在金属层上和开槽通道中的介电层；以及在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)。

Description

纳米级等离子体激元场效应调制器
关于联邦资助的研究或发展的声明
在美国空军授予的FA9550-12-1-0024下由政府支持做出本发明。政府在本发明中具有一定的权利。
领域
本发明涉及等离子体激元波导调制器。更具体地，它涉及纳米级等离子体激元场效应调制器。
背景
在各种应用中例如在计算机网络中使用光调制器。光调制器的一个例子是光子光调制器，其中光信号在传播材料的体积内部传播。
概述
描述了基于透明导电氧化物(TCO)活性区的等离子体激元场效应调制器。TCO材料与等离子体激元波导一起使用来提供具有高动态范围和低波导损耗的等离子体激元波导。
根据第一方面，描述了光调制器，其包括：衬底；在衬底上的金属层，金属层具有开槽通道；在金属层上和开槽通道中的介电层；在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)；以及施加在TCO和金属层之间的可调整电压。
开槽通道包括在金属层的第一边缘处的开槽通道的第一端和在金属层的第二边缘处的开槽通道的第二端。
光输入信号配置成在第一端处被施加到开槽通道，而经调制光信号配置成在第二端处被输出。
开槽通道形成等离子体激元波导，使得施加到开槽通道的第一端的输入光信号从开槽通道的第二端输出。
开槽通道包括实质上垂直于开槽通道延伸的短柱。
开槽通道包括具有第一宽度的区段和具有第二宽度的区段，其中，沟槽的宽度从第一宽度到第二宽度和从第二宽度到第一宽度逐渐变化。
根据第二方面，描述了等离子体激元波导调制器，其包括：由第一金属-介电界面形成的第一积聚层；由第二金属-介电界面形成的第二积聚层，第一积聚层和第二积聚层布置成靠近彼此且彼此间隔开，并使得第一界面的介电层和第二界面的介电层面向彼此；在第一积聚层和第二积聚层之间的透明导电氧化物(TCO)；以及施加在TCO及第一界面和第二界面的金属层之间的可调整电压。
TCO配置成通过将输入光信号限制在开槽通道中来传播输入光信号。
开槽通道包括具有第一宽度的第一区段和具有第二宽度的第二区段。
第一积聚层包括在远离第二积聚层的方向上延伸的第一短柱。
第一短柱形成沿着由第一界面、第二界面和TCO形成的等离子体激元光传播路径的空腔谐振器。
根据第三方面，描述了用于调制光信号的方法，该方法包括：使用等离子体激元波导接收输入光信号，等离子体激元波导包括：在衬底上的金属层，金属层具有开槽通道；在金属层上和开槽通道中的介电层；以及在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)；将可调整电压施加在TCO和金属层之间；以及接通和/或断开可调整电压，因而切断和/或传输在开槽通道中的光信号。
传输光信号包括在等离子体激元间隙模式中传播光信号，使得传播的光信号被限制在开槽通道内。
接通和/或断开可调整电压包括以设定的频率重复地接通和/或断开可调整电压。
附图的简要说明
对本发明及其很多伴随的特征和方面的更完整的认识将变得更容易明显，因为当结合附图考虑时本发明通过参考下面的详细描述变得更好理解，其中相似的参考符号指示相似的部件。
图1是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的一部分的透视图。
图2是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的横截面视图。
图3是在纳米级等离子体激元波导调制器的材料的各种层中的载流子密度的图形表示。
图4是示出根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的等离子体激元模式场分布的图。
图5A-5B是各种偏置电压的光输入信号的传输或测量损耗的图形表示。
图6是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的一部分的透视图。
图7是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的横截面视图。
图8是示出根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的等离子体激元模式场分布的图。
图9是示出根据实施方式的在各种短柱尺寸的各种波长下的等离子传输谱的图形表示。
图10是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的横截面视图。
图11是在根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器中的传输的图形表示。
图12是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的一部分的透视图。
图13是根据实施方式的纳米级等离子体激元波导调制器的横截面视图。
详细描述
现在将参考附图更充分地描述本发明，附图中示出其示例性实施方式。虽然可以用各种方式修改所描述的本发明的实施方式，所描述的实施方式在附图中和在下面的详细描述中被呈现为例子。然而，本公开的发明不应将本发明限制到所描述的特定实施方式。相反，本发明意欲涵盖落在如所附权利要求限定的落入本发明的范围内的所有修改、等效形式和备选方案。而且，与公知的功能或配置有关的详细描述被省略，以便不会没有必要地模糊本发明的主题。
为了解释的方便，可放大在附图中的层和区的尺寸。相似的参考数字始终表示相似的元件。将理解，当层、区或部件被称为在另一层、区或部件“上(on)”、“上形成(formedon)”、“之上(over)”或“之上形成(formed over)”时，它可直接或间接地在另一层、区或部件上或上形成。也就是说，例如，中间层、区或部件可能存在。
在具有等离子体激元波导的纳米级处的光的有源控制在光子芯片集成中具有各种应用。透明导电氧化物(TCO)具有在光波长处的高传输，且因此对集成到有源等离子体激元结构内是合乎需要的。TCO可与等离子体激元波导一起使用以提供具有高动态范围(～2dB/μm)和低波导损耗(～0.4dB/μm)的等离子体激元波导调制器。可经由电偏压的施加明显改变TCO的载流子浓度，类似于MOS器件的场效应，其中积聚层由于外加电场而形成，随后引起在局部折射率中的变化。当TCO布置在TCO/介质/金属配置中时，电偏压可施加到TCO和金属以实现等离子体激元波导调制器，作为由于来自偏压的场效应而形成的积聚层的结果，类似于在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的场效应。由于在等离子体激元波导中可实现的高模态限制，基于TCO的波导可引起对穿过场效应机制的等离子体激元模式的有效折射率的大变化，因而提供具有低插入损耗的高速、功率有效调制器。
根据本发明的实施方式，通过在金属层中形成开槽通道(间隙)并用TCO填充开槽通道来产生等离子体激元波导。图1示出在半导体衬底100上形成的薄(例如～200nm)金属层102的透视图。间隙在金属层102中形成，因而产生从金属层102的第一边缘延伸到金属层102的第二边缘的开槽通道112。在一些实施方式中，间隙可以是但不一定限于大约200-300nm。然而，在一些实施方式中，间隙可以窄至10nm或宽至1,000nm。在一些实施方式中，开槽通道112是实质上直的开槽通道112，从金属层102的第一边缘直接穿过延伸到金属层的相对边缘。在其它实施方式中，开槽通道112是屈曲的或弯曲的，如图1所示。屈曲或弯曲的开槽通道112可通过交叉极化检测方案减少输入光信号的散射的量，因而提高在输出信号中的信噪比检测。为了本公开的目的，实施方式将关于具有90度弯曲的开槽通道112作为例子被描述，且并没有被规定为限制性的。本领域中的技术人员将认识到，开槽通道112可基于诸如等离子体激元波导101的形状、尺寸和/或应用的因素来采用直的或弯曲的不同的路径。
在一些实施方式中，开槽通道112不一定限于具有底壁和两个侧壁的正方形沟槽，如在图1的实施方式中所示的。相反，开槽通道可以是例如V形开槽通道。
图2是根据本发明的实施方式的图1的等离子体激元波导101的横截面视图。由金属层102产生的间隙使金属102之下的衬底100的一部分暴露。介电层108在金属层102上和开槽通道112中形成，因而覆盖衬底100的被暴露部分和作为间隙的结果而形成的金属层102的侧壁114。因此，等离子体激元波导101布置在半导体/金属/介质/TCO层配置中。更具体地，在一个实施方式中，它是二氧化硅/金/二氧化铝/氧化铟锡(ITO)层配置。在开槽通道112内部的区段布置在半导体/介质/TCO配置中，因为金属层102从开槽通道112移除。在一些实施方式中，介电层108是大约5-10nm，且介电层108的厚度沿着开槽通道112的侧壁114、底部和在金属层102上是实质上相同的。然而在一些实施方式中，介电层108甚至可薄至1nm或厚达200nm。介电层108用作在金属层102和TCO 110之间的绝缘体，使得电流不穿过介电层108(绝缘体)，且电压差在金属层102和TCO 110之间建立。作为例子，金属层102可以是金、银或铝或其组合，但不一定限于这些金属。作为例子，介电层108可以是二氧化铝、二氧化硅或其它绝缘体。
在一些实施方式中，由金属层102产生的间隙可以不一定暴露衬底100的一部分。相反，在金属层中的开槽通道可具有金属底壁。也就是说，沟槽在金属层102中形成，但沟槽不完全到达衬底层。因此，根据这个实施方式，在开槽通道内的介电层也在金属层上形成，且TCO在介电层上形成，类似于等离子体激元波导的其它区。
根据本发明的实施方式，TCO层110在介电层108上形成，完全覆盖开槽通道112。因此，TCO层110是在介电层108之上大约300nm厚，且开槽通道112的部分完全用TCO层110覆盖。因此，在开槽通道112之上的区中的TCO层110比在金属层102之上的区中的TCO层110厚。然而，TCO接触介电层108的所有部分，包括开槽通道112的侧壁114部分。根据使用等离子体激元波导的应用，可将TCO层110的厚度制造得更厚或更薄。例如，在一些实施方式中，TCO层110可以更厚以增加光信号的限制，反之亦然。在一些实施方式中，TCO层110可以薄至50nm或厚达1,000nm。作为例子，TCO110可以是氧化铟锡(ITO)或氧化镓锡(Ga:ZnO)、氧化铝锌(Al:ZnO)或其它透明导电氧化物。虽然图2所示的实施方式示出在开槽通道112之上的TCO层110的下沉或下陷部分，该下沉不是必须的。相反，下沉可以只由于从等离子体激元波导101的制造过程的溅射而形成。
图3示出根据所示实施方式的图1-2的等离子体激元波导101中的场分布。场分布示出光信号被限制在开槽通道112内，在周围区域中有最少散射。输入光信号被限制在开槽通道112内并在等离子体激元模式中从等离子体激元波导101的输入端104传播到等离子体激元波导101的输出端106(见图1)。也就是说，经由例如光耦合器件(例如光纤、光天线等)和输入光信号的表面等离子体激元极化SPP)耦合到输入端104的输入光信号在开槽通道112内部传播。通常，在等离子体激元模式中，SPP沿着金属/介电界面行进。然而，当两个金属/介电界面定位成面向彼此(其间有间隙)时，这两个界面产生本文所述的开槽通道112，并在“间隙”等离子体激元模式中操作，其中输入光信号在开槽通道112内部而不是在金属/介电层的界面处传播。相应地，在一些实施方式中，当与具有一个界面的一般等离子体激元模式比较时，光信号可在具有两个界面的间隙等离子体激元模式中传播更长的距离。
根据本发明的实施方式，电偏置电压由电压源116施加在TCO层110和金属层102之间。因此，当偏压被施加时，积聚层在实质上改变在开槽通道112中的传播模式的特性的金属/介电界面(例如Al2O3/ITO界面)处形成。也就是说，当偏压施加在TCO层110和金属层102之间时，TCO的载流子浓度改变，使得输入光信号被切断或几乎切断，且总传输减少，使得光信号在等离子体激元器件101的输出端处实质上是不可检测到的。这个状态相应于断开状态，如果等离子体激元波导器件被用作例如开关。在一些实施方式中，输入光信号可由大约30dB(即大约30dB或更大的消光比)切断。因此，等离子体激元波导可通过仅仅接通/断开电偏置电压作为光学开关运转，且快速循环或调制偏置电压建立等离子体激元波导调制器。
图4是在根据本发明的实施方式的等离子体激元波导调制器的TCO层110、介电层108和金属层102中的载流子密度的图形表示。在这个实施方式中，正偏压施加到TCO层110，而负偏压施加到金属层102。如本领域中的技术人员认识到的，金属层102(例如金)的载流子密度相对高，而介电层108的载流子密度相对低。虽然接近中心(即远离相邻介电层108)的TCO层110的载流子密度被示为大约1021cm-3117，相邻于介电层108(即在TCO/介电界面处)的TCO层110的载流子密度高得多，如在118处看到的。也就是说，作为电偏压的结果而形成的积聚层的载流子密度具有比TCO层的其余区域高的载流子浓度。因此，可增加或减小电偏置电压以改变在界面处的载流子密度，因而改变在开槽通道112中传播的输入光信号的量。
图5A是作为不同的偏置电压的功能的穿过等离子体激元波导101的开槽通道112的输入光信号传输的图形表示。虽然这个图形表示对在0-2.5V的范围内的电压示出这些效应，其它电压范围例如0-5V是可能的。例如，如果外加偏置电压高于包括介电层108的介质材料的击穿电压，则介质材料可变得损坏。因此，在一些实施方式中，基于介电层108的厚度来确定最大偏置电压。作为例子，可对5nm的介电层108(氧化物层)施加3V偏置电压。然而，根据介电层的类型，电压可以稍微更高或更低。根据实施方式，当偏置电压增加时，传输强度降低。在一些实施方式中，波导的尺寸影响穿过等离子体激元波导101的光信号的传输。例如，开槽通道112的更长的长度导致传播的光信号的更大损耗。相应地，图5A示出波导的四个示例性长度的传输结果。例如，当与具有更短长度的等离子体激元波导的传输比较时，具有(四个示例性波导长度中)最长的长度35.28μm的等离子体激元波导的传输具有在给定偏置电压下的更低传输。例如，当大约1.8V的电压施加到等离子体激元波导时，最长波导(35.28μm)的传输明显降低，而在最短波导(10.28μm)的情况下，传输水平相对高。也就是说，使用大约1.8V的偏压，在35.28μm等离子体激元波导中的光信号几乎被切断(-30dB)，而在10.28μm等离子体激元波导中的光信号仍然被传输(-2dB)。
图5B示出在不同的偏置电压下在等离子体激元波导中的等离子体激元传播的每微米的光信号损耗。在一个实施方式中，损耗对大约0V至大约1.5V的偏置电压相对恒定(0.5-0.7dB/μm)，但损耗对大约1.5V的偏置电压更明显增加。例如，当2V偏置电压被施加时的损耗是大约2dB/μm。因此，根据本发明的各种实施方式，偏置电压可在相对更小的电压(允许更多传输的电压)和相对更大的电压(引起更多损耗的电压)之间循环以产生基于等离子体激元波导的光调制器。例如，当偏置电压在50GHz的频率下循环时，等离子体激元波导可以是50GHz光调制器。图5A-5B所示的偏置电压和光信号传输和损耗被提供为示例性实施方式，且并没有旨在必须限于这些参数。
在一些应用中的合乎需要的光学开关的一个特性是高消光比(或调制强度)以具有区分开的接通状态和断开状态。另一特性可以是具有光信号的最小散射的光学开关，这减小了插入损耗。为了进一步增加调制强度并减小操作电压以最小化调制的功率消耗，可通过在开槽通道的间隙中形成另一锯齿来在等离子体激元波导的开槽通道112中建立空腔谐振器。这个锯齿在本文被称为短柱。图6示出具有在开槽通道112的中心附近形成的短柱120的等离子体激元波导的透视图。
图7是根据本发明的实施方式的等离子体激元波导调制器的横截面顶视图。根据实施方式，短柱120沿着开槽通道112的内部形成，并延伸到金属层102的一侧内。也就是说，短柱120是在金属层102中的另一间隙，并被覆盖有介电层108并填充有TCO，与开槽通道112的其余部分类似。局部法布里-珀罗谐振在空腔的区中和周围形成，如在图8的磁场图中所示的。短柱的形成允许光在短柱120的区附近谐振，因而提高光信号的限制。因为在一些实施方式中减少在输入端104和输出端106附近的光信号的散射是合乎需要的，短柱120可放置在开槽通道112的中心附近(远离开槽通道112的输入端104和输出端106)。
在一些实施方式中，等离子体激元波导是可调整的以设置谐振波长。可通过改变电偏压来改变在积聚层区处的载流子浓度，使得波导实质上在不同的谐振波长下切断光信号。根据示例性实施方式，对于具有1x1019cm-3的载流子浓度的5nm积聚层，等离子体激元波导的谐振波长是1630nm，而对于载流子浓度2.5x1020cm-3，谐振波长是1580nm。因此，通过改变偏置电压以改变载流子浓度，可基于等离子体激元波导设备的应用根据期望谐振波长来调整等离子体激元波导。
在图7所示的实施方式中，对于具有300nm的开槽通道宽度W(即间隙宽度)的等离子体激元波导，短柱120具有400nm的长度Lc和70nm的宽度Wc。然而，短柱120可具有其它尺寸，以便调整等离子体激元波导以具有期望谐振波长。相应地，图9示出用于改变从70nm到250nm变动的短柱120的宽度Wc的各种谐振波长的示例性比较。更小的宽度提供更高的谐振波长，而更长的宽度Wc提供更低的谐振波长。然而，尺寸不限于此，并可甚至从低至10nm到高达500nm变动。在一些实施方式中，只要谐振空腔在开槽通道中产生，短柱可具有不同的形状，且不一定限于本文所示的形状。例如，短柱可以是梯形的或椭圆形的。
根据另一实施方式，等离子体激元波导调制器可具有沿着开槽通道112的内部形成的两个短柱(第一短柱122和第二短柱124)，如图10所示。双短柱实施方式提高了光信号的限制，这增加了调制强度。例如，根据图10的示例性实施方式，其中两个短柱中的每个具有400nm的长度Lc和70nm的宽度Wc以及从第一短柱122的中心到第二短柱124的中心的180nm的距离，调制强度如图11所示的对于λ＝1630nm的波长是大约30.4dB，因而极大地提高了基于谐振的调制效率。相应地，可在微米长度等离子体激元调制器中实现具有大约100GHz的带宽和小于5fJ/bit的开关能量的光调制器。虽然描述了具有一个或多个短柱的调制器，也可产生具有多于两个短柱的调制器。在短柱之间的间隔是当将调制器调整到期望的最佳谐振波长时可被考虑的另一因素。
图12是根据本发明的另一实施方式的等离子体激元波导调制器的透视图。根据这个实施方式，不是如在图6的实施方式中的提供沿着开槽通道112的短柱120，开槽通道112的一部分具有绝热锥形区126，这增加了等离子体激元波导调制器的调制强度。
图13是图12的等离子体激元波导的横截面顶视图。锥形区126被示为开槽通道112的区段，其具有相对于开槽通道112的其余部分的较窄宽度W。在开槽通道的较宽部分和开槽通道的较窄部分之间的区是锥形的。在一些实施方式中，开槽通道的较宽的区是大约300nm，如在其它实施方式中描述的，以及锥形区126是大约120nm。锥形区126是大约5μm长。根据实施方式，较长的锥形区导致较强的调制长度和较高的传播损耗。较短的锥形区导致较弱的调制强度和较少的传播损耗。此外，锥形区126的较宽通道提供光信号的较少限制，且因而导致较弱的调制强度。锥形区126的较窄通道提供光信号的较少限制，且因而导致较大的调制强度。
如根据本发明的各种实施方式所描述的，通过调制偏置电压来接通/断开波导，等离子体激元波导可通过接通/断开波导来调制输入光信号。作为例子，偏置电压可由现成的电压源或电压调制器提供。
相应地，当在尺寸上与例如光子波导调制器比较时，等离子体激元波导调制器可被制造得超紧凑。当光信号在光子波导中的材料的体积内部传播时，在等离子体激元波导的情况下，光波作为SPP沿着表面或在金属/介电层的界面处传播。因此，等离子体激元的尺寸可减小，因为光波不包含在材料的体积内部。更确切地，它们被限制到在两种材料之间的界面。例如，等离子体激元波导调制器可小至300nm或更小。因此，根据实施方式描述的等离子体激元波导调制器占据较少的空间并消耗较少的功率，然而仍然基于所述发明的实施方式提供大约100GHz或更多的更快的调制。
在一些实施方式中，可在硅石上使用电子束光刻法制造具有诸如具有大约300nm的波导间隙宽度W的金层的大约200nm金属层的等离子体激元波导调制器。在一些实施方式中，金属层102可以薄至50nm或厚达1,000nm。一氧化铝层(5-10nm)被沉积用于隔离，且诸如ITO的TCO被溅射在顶部上作为活性等离子材料，金和ITO层用作调制器的偏置电压接触部(见图2)。可对100nm宽、1μm长的波导结构使用例如5V的外加偏压实现2.5dB消光比，其中未调制无偏压ITO载流子浓度是n 1x 1019cm-3。然而，上面描述的参数提供一个示例实施方式和用于制造其的方法，且并不意欲从本发明的范围限制其它参数。而且，修改一个或多个所述参数允许本领域中的技术人员精确地调整对预期应用最佳的期望等离子体激元波导调制器。
表1示出在根据所述实施方式的等离子体激元波导调制器(行8-9)和其它设备(行1-7)之间的示例比较。见例如A.Joushaghani等人，Appl.Phys.Lett.102,061101(2013)；V.J.Sorger等人，Nanophotonics 1,17(2012)；J.A.Dionne等人，Nano Lett.9,897(2009)；S.Randhawa等人，Opt.Express20,2354(2012)；S.Papaioannou等人，Sci.Rep.2,652(2012)；M.R.Watts等人，Opt.Express 19,21989(2011)；J.Liu et al.,Nat.Photonics 2,433(2008)，其内容通过引用被全部并入本文。
表1
虽然术语“第一”、“第二”等可在本文用于描述各种部件，这些部件不应由这些术语限制。这些描述符只用于区分开一个部件与另一个。在本文申请中的术语用于更清楚地描述所提出的实施方式且并不意欲限制本发明的范围。
如在本文使用的，单数形式“a”、“an”和“the”意欲也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解，如在本文使用的术语“comprises(包括)”和/或“comprising(包括)”规定所陈述的特征或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征或部件的存在或添加。如在本文使用的“/”可被解释为“和”或可被解释为“或”，取决于情况。
本领域中的技术人员将认识到，可对上面描述的本发明的所示出的和其它实施方式做出各种修改而不偏离其广泛的发明性步骤。因此，本发明不限于所公开的特定实施方式或布置，而是更确切地意欲涵盖在如所附权利要求及其等效形式限定的本发明的范围和精神内的任何变化、改编或修改。

Claims (27)

1.一种光调制器，包括：
衬底；
在所述衬底上的金属层，所述金属层具有开槽通道；
在所述金属层上和所述开槽通道中的介电层；
在所述介电层上和所述开槽通道中的透明导电氧化物TCO，其中所述光调制器由施加到所述TCO和所述金属层的电偏置电压控制；以及
其中由于来自施加到所述TCO和所述金属层的所述电偏置电压的场效应，在所述开槽通道中调制等离子体激元波导，并且输入光信号在所述开槽通道内部传播；以及
其中所述TCO通过所述介电层与所述金属层绝缘。
2.如权利要求1所述的调制器，其中，所述开槽通道包括在所述金属层的第一边缘处的所述开槽通道的第一端和在所述金属层的第二边缘处的所述开槽通道的第二端。
3.如权利要求2所述的调制器，其中，光输入信号配置成在所述第一端处被施加到所述开槽通道，而经调制光信号配置成在所述第二端处被输出。
4.如权利要求2或3所述的调制器，其中，所述开槽通道形成等离子体激元波导，使得施加到所述开槽通道的所述第一端的输入光信号从所述开槽通道的所述第二端输出。
5.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述开槽通道的整个部分由所述TCO覆盖。
6.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述开槽通道包括实质上垂直于所述开槽通道延伸的短柱。
7.如权利要求6所述的调制器，其中，所述短柱在所述开槽通道的长度的中心区段附近形成。
8.如权利要求6所述的调制器，其中，所述短柱形成在所述开槽通道中的空腔谐振器。
9.如权利要求6所述的调制器，其中，所述短柱包括两个或多个短柱，每个所述短柱彼此间隔开。
10.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述开槽通道包括具有第一宽度的区段和具有第二宽度的区段，其中，沟槽的宽度从所述第一宽度到所述第二宽度和从所述第二宽度到所述第一宽度逐渐变化。
11.如权利要求10所述的调制器，其中，所述第一宽度比所述第二宽度宽。
12.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述开槽通道是V形的。
13.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述TCO选自由氧化铟锡(ITO)、氧化镓锌(Ga:ZnO)和氧化铝锌(Al:ZnO)组成的组。
14.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，所述金属层是金层或银层。
15.如权利要求1-3中的任一项所述的调制器，其中，在所述金属层中的所述开槽通道延伸到所述衬底。
16.一种等离子体激元波导调制器，包括：
由第一金属-介电界面形成的第一积聚层；
由第二金属-介电界面形成的第二积聚层，所述第一积聚层和所述第二积聚层布置成靠近彼此且彼此间隔开，并使得所述第一金属-介电界面的介电层和所述第二金属-介电界面的介电层面向彼此；
在所述第一积聚层和所述第二积聚层之间的透明导电氧化物TCO，其中所述调制器由施加到所述TCO及所述第一金属-介电界面和所述第二金属-介电界面的金属层的电偏置电压控制；以及
由所述第一金属-介电界面、所述第二金属-介电界面和所述TCO形成的开槽通道；
其中由于来自施加到所述TCO和所述金属层的所述电偏置电压的场效应，在所述开槽通道中调制等离子体激元波导，并且输入光信号在所述开槽通道内部传播；以及
其中所述TCO通过所述第一金属-介电界面的介电层和所述第二金属-介电界面的介电层与所述金属层绝缘。
17.如权利要求16所述的调制器，其中，所述TCO配置成通过将输入光信号限制在所述开槽通道中来传播所述输入光信号。
18.如权利要求16或17所述的调制器，其中，所述开槽通道包括具有第一宽度的第一区段和具有第二宽度的第二区段。
19.如权利要求18所述的调制器，
其中，所述第一宽度由与所述第二积聚层间隔开第一距离的所述第一积聚层形成，以及
其中，所述第二宽度由与所述第二积聚层间隔开第二距离的所述第一积聚层形成。
20.如权利要求18所述的调制器，其中，所述开槽通道的大部分区段具有第一宽度，以及在所述开槽通道的中心附近的所述开槽通道的小部分区段具有第二宽度。
21.如权利要求18所述的调制器，其中，所述开槽通道的所述第二区段位于所述开槽通道的长度的实质上中心的区段。
22.如权利要求16所述的调制器，其中，所述第一积聚层包括在远离所述第二积聚层的方向上延伸的第一短柱。
23.如权利要求22所述的调制器，其中，所述第一短柱形成沿着由所述第一金属-介电界面、所述第二金属-介电界面和所述TCO形成的等离子体激元光传播路径的空腔谐振器。
24.如权利要求22或23所述的调制器，其中，所述第一积聚层还包括与所述第一短柱间隔开并在远离所述第二积聚层的方向上延伸的第二短柱。
25.一种用于调制光信号的方法，所述方法包括：
使用等离子体激元波导接收输入光信号，所述等离子体激元波导包括：
在衬底上的金属层，所述金属层具有开槽通道，
在所述金属层上和所述开槽通道中的介电层，以及
在所述介电层上和所述开槽通道中的透明导电氧化物TCO，其中所述TCO通过所述介电层与所述金属层绝缘；
将电偏置电压施加到所述TCO和所述金属层，其中由于来自施加到所述TCO和所述金属层的所述电偏置电压的场效应，在所述开槽通道中调制等离子体激元波导，并且输入光信号在所述开槽通道内部传播；以及接通和/或断开所述电偏置电压，因而切断和/或传输在所述开槽通道中的所述输入光信号。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述接通和/或断开所述电偏置电压包括以设定的频率重复地接通和/或断开所述电偏置电压。
27.如权利要求25或26所述的方法，其中，所述接通所述电偏置电压在所述金属层和所述介电层的界面处形成积聚层。
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