CN107037535B - 一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构 - Google Patents

一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属‑半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构，其特征是，包括自下而上顺序叠接的二氧化硅基底、低折射率缓冲层、低折射率介质包层和金属Ag纳米带顶层，所述低折射率缓冲层中设有对称掩埋的第一纳米线和第二纳米线，第一纳米线和第二纳米线之间刻蚀有低折射率介质连通间隙。这种波导结构能够提高更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。

Description

一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体是一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构。
背景技术
表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,简称SPP)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，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。尤其以浙江大学与瑞典皇家理工学院阿尔芬实验室课题组合作在“Novel surface plasmon waveguide for highintegration s”一文提出的金属槽SPPs波导，设计的波导结构能够实现亚波长量级的光场限制，损耗仅仅为。然而尽管研究人员实现了将光场约束到几十纳米的量级，但设计的波导器件损耗依然很大，无法达到大规模应用的要求。《自然·材料》在2015年刊载了“Solution-grown nanowires make the best lasers”一文，哥伦比亚大学的XiaoyangZhu合作团队报道了一种由单晶铅卤钙钛矿纳米线制备的室温下波长可调的SPP激光器。然而目前SPP波导结构传播距离依然非常有限，达不到实现高集成光通信的要求。
目前对于纳米线类SPP波导大都集中在其中一种纳米线的应用与分析，对于他们之间的相互作用报道较少。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构。这种波导结构能够提高更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。
实现本发明目的的技术方案是：
一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构， 包括自下而上顺序叠接的二氧化硅基底、低折射率缓冲层、低折射率介质包层和金属Ag纳米带顶层，所述低折射率缓冲层中设有对称掩埋的第一纳米线和第二纳米线，第一纳米线和第二纳米线之间刻蚀有低折射率介质连通间隙。
所述低折射率缓冲层为SiO2层。
所述第一纳米线和第二纳米线均为高折射率InGaAsP纳米线。
所述低折射率介质为MgF2介质。
入射光从侧面以任一角度衍射到波导，金属Ag纳米带顶层的Ag纳米带与InGaAsP双纳米线发生耦合，使MgF2处的场得到极大增强。
所述双InGaAsP纳米线第一纳米线和第二纳米线间刻蚀MgF2间隙，会在间隙中产生次强局域化现象，此处局域化产生的场和Ag纳米带与InGaAsP纳米线耦合产生的场相互叠加，出现高度局域化。
金属Ag纳米带与其他金属相比具有更低的损耗。
半导体材料InGaAsP能够为spp损耗提供一定的增益补偿，会在MgF2处连通域内的光子局域化现象进一步提高。
金属Ag纳米带、InGaAsP纳米线具有较低的增益阈值，间隙宽度较大时，这种波导结构的增益阈值能降得非常低，更容易实现低阈值的纳米激光器。
MgF2连通间隙，为的是实现更低的传输损耗，产生增强效应将光主要限制在其中，从而实现高度局域化增强效应和能量约束。
所述第一纳米线和第二纳米线，采用室温固相反应法制备。
这种结构通过纳米线之间的相互耦合、半导体材料增益提高SPP强局域效应，能够通过调节间隙宽度、MgF2厚度和纳米线半径实现控制SPP模式耦合强度，可以在亚波长尺寸条件下实现低阈值出射激光的特性。
这种波导结构可以为表面等离子领域提供高性能的微腔和可集成的新型有源器件。
这种波导结构能够提高更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图中，1. SiO2基底层 2.缓冲层 3-1. 第一纳米线 3-2.第二纳米线 4.介质包层5. 金属Ag纳米带顶层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定限定。
实施例：
参照图1，一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构， 包括自下而上顺序叠接的二氧化硅基底1、低折射率缓冲层2、低折射率介质包层4和金属Ag纳米带顶层5，所述低折射率缓冲层2中设有对称掩埋的第一纳米线3-1和第二纳米线3-2，第一纳米线3-1和第二纳米线3-2之间刻蚀有低折射率介质连通间隙。
所述低折射率缓冲层2为SiO2层。
所述第一纳米线3-1和第二纳米线3-2均为高折射率InGaAsP纳米线。
所述低折射率介质为MgF2介质。
入射光从侧面以任一角度衍射到波导，金属Ag纳米带顶层5的Ag纳米带与InGaAsP双纳米线发生耦合，使MgF2处的场得到极大增强。
所述的双InGaAsP纳米线第一纳米线3-1和第二纳米线3-2间刻蚀MgF2间隙，会在间隙中产生次强局域化现象，此处局域化产生的场和Ag纳米带与InGaAsP纳米线耦合产生的场相互叠加，出现高度局域化。
金属Ag纳米带与其他金属相比具有更低的损耗。
半导体材料InGaAsP能够为spp损耗提供一定的增益补偿，会在MgF2处连通域内的光子局域化现象进一步提高。
金属Ag纳米带、InGaAsP纳米线具有较低的增益阈值，间隙宽度较大时，这种波导结构的增益阈值能降得非常低，更容易实现低阈值的纳米激光器。
MgF2连通间隙，为的是实现更低的传输损耗，产生增强效应将光主要限制在其中，从而实现高度局域化增强效应和能量约束。
所述第一纳米线3-1和第二纳米线3-2，采用室温固相反应法制备。
这种结构通过纳米线之间的相互耦合、半导体材料增益提高SPP强局域效应，能够通过调节间隙宽度、MgF2厚度和纳米线半径实现控制SPP模式耦合强度，可以在亚波长尺寸条件下实现低阈值出射激光的特性。

Claims (1)

1.一种金属-半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构，其特征是，包括自下而上顺序叠接的二氧化硅基底、低折射率缓冲层、低折射率介质包层和金属Ag纳米带顶层，所述低折射率缓冲层中设有对称掩埋的第一纳米线和第二纳米线，第一纳米线和第二纳米线之间刻蚀有低折射率介质连通间隙，所述低折射率缓冲层为SiO2层；所述第一纳米线和第二纳米线均为高折射率InGaAsP纳米线；所述低折射率介质为MgF2介质，入射光从侧面以任一角度衍射到波导，金属Ag纳米带顶层5的Ag纳米带与InGaAsP双纳米线发生耦合，所述的双InGaAsP纳米线第一纳米线和第二纳米线间刻蚀MgF2间隙、在间隙中产生次强局域化现象，此处局域化产生的场和Ag纳米带与InGaAsP纳米线耦合产生的场相互叠加，出现高度局域化。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108919392B (zh) * 2018-07-05 2020-12-08 鲁东大学 一种直线型表面等离激元透镜及其照明方法
CN108802900B (zh) * 2018-08-23 2024-02-09 中国科学技术大学 一种基于全介质的纳米线光学波导

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630039A (zh) * 2009-03-19 2010-01-20 国家纳米科学中心 一种低损耗混合型表面等离子激元光波导
CN102565929A (zh) * 2012-01-16 2012-07-11 北京航空航天大学 一种纳米线阵列表面等离子激元光波导
WO2015082343A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. A plasmon generator
CN104977427A (zh) * 2015-06-29 2015-10-14 广西师范大学 一种双圆柱形mim表面等离子波导结构的加速度传感装置
CN105372756A (zh) * 2015-11-25 2016-03-02 广西师范大学 一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置
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
CN106785917A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 武汉工程大学 基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器
CN206757090U (zh) * 2017-05-24 2017-12-15 广西师范大学 一种金属‑半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9329339B2 (en) * 2009-09-02 2016-05-03 Agency For Science, Technology And Research Plasmonic detector and method for manufacturing the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630039A (zh) * 2009-03-19 2010-01-20 国家纳米科学中心 一种低损耗混合型表面等离子激元光波导
CN102565929A (zh) * 2012-01-16 2012-07-11 北京航空航天大学 一种纳米线阵列表面等离子激元光波导
WO2015082343A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. A plasmon generator
CN104977427A (zh) * 2015-06-29 2015-10-14 广西师范大学 一种双圆柱形mim表面等离子波导结构的加速度传感装置
CN105372756A (zh) * 2015-11-25 2016-03-02 广西师范大学 一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置
CN106785917A (zh) * 2016-12-23 2017-05-31 武汉工程大学 基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器
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
CN206757090U (zh) * 2017-05-24 2017-12-15 广西师范大学 一种金属‑半导体双纳米线型混合表面等离子波导结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nanowire based hybrid plasmonic structures for low-threshold lasing;Yusheng Bian et al.;《Optics Communications》;20131231;全文 *
深亚波长约束的表面等离子体纳米激光器研究;黄洪等;《物理学报》;20130708(第13期);全文 *

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