CN108152885B - 一种波导耦合结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导耦合结构。具体的，所述波导耦合结构包括硅基、绝缘层、多个二氧化硅波导层和多个金属波导层；多个所述二氧化硅波导层和多个所述金属波导层依次排列，并依次串联连接；依次排列的所述二氧化硅波导层和所述金属波导层设置于所述绝缘层的上面；所述绝缘层覆盖于所述硅基的上面。本发明的波导耦合结构提高了波导的传输效率并实现了全光控制。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件领域，特别涉及一种波导耦合结构。
背景技术
集成光子电路中的全光信号处理及其在光学计算和通信中的应用需要实现光信号对光信号的控制。近年来已经有数种基于非线性光学效应的全光学器件被提出，在原理上已经行得通。然而，这些器件在全光计算的应用还具有很大的挑战，主要存在于两个方面：第一，尺寸效应对光通量的限制和衰减；第二、调制效率对操作光的强度依赖，由于上述两方面的原因，现有的光学器件的结构无法保证波导的传输效率的同时实现全光控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种波导耦合结构，以保证波导的传输效率的同时实现全光控制。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种波导耦合结构，所述波导耦合结构包括硅基、绝缘层、多个二氧化硅波导层和多个金属波导层；
多个所述二氧化硅波导层和多个所述金属波导层依次交替排列，并按照排列顺序依次串联连接；
依次交替排列的所述二氧化硅波导层和所述金属波导层设置于所述绝缘层的上面；
所述绝缘层覆盖于所述硅基的上面。
可选的，所述二氧化硅波导层包括二氧化硅纳米线，所述二氧化硅纳米线与所述氧化硅波导层相邻的金属波导层串联连接。
可选的，所述金属波导层包括金属纳米线，所述金属纳米线与所述金属波导层相邻的二氧化硅波导层的二氧化硅纳米线串联连接。
可选的，所述金属波导层还包括空气槽，所述金属纳米线布满所述金属波导层上除空气槽之外的其它部分。
可选的，所述空气槽为直线型或曲线型结构，所述空气槽的深度为5nm-100nm，所述空气槽的宽度为5nm-150nm。
可选的，所述金属纳米线成直线型或曲线型排布。
可选的，所述金属波导层的厚度为5nm-100nm。
可选的，所述二氧化硅波导层的厚度为200nm-1500nm，所述二氧化硅波导层的宽度为200nm-1500nm。
可选的，所述绝缘层的厚度大于等于5nm。
可选的，所述金属波导层的材料为金、银、铜、铂、铝、镍和钴中的一种或几种。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种波导耦合结构，所述波导耦合结构包括硅基、绝缘层、多个二氧化硅波导层和多个金属波导层，并采用二氧化硅波导层和金属波导层串联和交替排列的方式得到金属与二氧化硅的耦合结构，通过其中的二氧化硅波导层实现光信号的传输，通过金属波导层实现光信号的计算，其中，二氧化硅波导层的结构形成介电介质的光学波导，实现百微米以上的长距离光信号传输；金属波导层的结构利用金属的表面等离激元效应，实现全控光信号，本发明的波导耦合结构，在保证波导的传输效率的同时实现全光控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要的附图作简单介绍。显而易见，下面描述的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这个附图获得其他附图。
图1为本发明提供的一种波导耦合结构的结构图；
图2为本发明提供的一种波导耦合结构的一个实施方式的结构图；
图3为本发明提供的一种波导耦合结构的另一个实施方式的结构图；
图4为本发明提供的一种波导耦合结构的空气槽的结构图；
图5为本发明提供的金属纳米线布满排布方式的空气槽为直线型结构的的结构图；
图6为本发明提供的金属纳米线布满排布方式的空气槽为曲线型结构的的结构图；
图7为本发明提供的金属纳米线为直线型排布方式的结构图；
图8为本发明提供的金属纳米线为曲线型排布方式的结构图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种波导耦合结构，以同时实现光信号的长距离传输和简单计算。
为使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种波导耦合结构，所述波导耦合结构应用于全光计算芯片，所述波导耦合结构包括硅基1、绝缘层2、多个二氧化硅波导层3和多个金属波导层4。
多个所述二氧化硅波导层3和多个所述金属波导层4依次交替排列，并按照排列顺序依次串联连接。
依次交替排列的所述二氧化硅波导层3和所述金属波导层4设置于所述绝缘层2的上面。具体的，如图2所示，所述绝缘层2可直接与金属波导层4接触，金属波导层4的上面设置二氧化硅波导层3。或如图3所示，所述绝缘层2还可直接与二氧化硅波导层3接触，二氧化硅波导层3的上面设置金属波导层4。
所述绝缘层2覆盖于所述硅基1的上面。
所述二氧化硅波导层3包括二氧化硅纳米线，所述二氧化硅纳米线与所述氧化硅波导层3相邻的金属波导层4串联连接，具体的，所述二氧化硅纳米线分别与位于所述二氧化硅波导层下面和上面的金属波导层连接。所述金属波导层4包括金属纳米线，所述金属纳米线与所述金属波导层4相邻的二氧化硅波导层3的二氧化硅纳米线串联连接，具体的，所述金属纳米线分别与位于所述金属波导层上面和下面的二氧化硅波导层连接。
如图4所示，所述金属波导层4还包括空气槽，所述金属纳米线布满所述金属波导层上除空气槽之外的其它部分。
如图5和6，所述空气槽为直线型结构或曲线型结构。所述金属波导层上除空气槽之外的位置设置金属纳米线，空气槽位置设置为空，所述空气槽的深度为5nm-100nm，所述空气槽的宽度d2为5nm-150nm。所述金属波导层的宽度w2和长度d3要求足够大，能够包络所述二氧化硅波导层和所述空气槽，所述金属波导层的厚度为5nm-100nm。所述二氧化硅波导层的厚度为200nm-1500nm，所述二氧化硅波导层的宽度d1为200nm-1500nm。所述二氧化硅波导的长度w1根据所需传输距离来确定。所述绝缘层为覆盖于所述硅基上的二氧化硅薄膜，所述绝缘层的厚度大于等于5nm。
如图7和8所示，所述金属纳米线成直线型或曲线型排布。二氧化硅波导的宽度d1介于200nm～1500nm之间；二氧化硅波导的长度w1根据所需传输距离来确定；金属线(Metal)宽度d2介于(5nm～150nm)之间。
所述金属波导层的材料为金、银、铜、铂、铝、镍和钴中的一种或几种。
本发明根据金属的表面等离激元效应可以实现光学波导和简单计算，具有实现芯片级光学器件的潜力，然而其光信号的传输距离非常短(百纳米至微米量级)且光信号损耗非常大，难以实现实际计算所必须的多层级联。相比之下，传统的二氧化硅波导的光信号的耦合以及传输损耗较小，目前的已经实现了小尺寸、长距离的光信号传输。结合这两者各自的优点，本发明提出了“绝缘层-金属-二氧化硅”(IMS)纳米耦合结构，以实现将长距离传输的二氧化硅波导光学信号传输到金属纳米结构波导的功能。同样，该结构也可以实现两种波导的逆向光学信号传输。
IMS纳米耦合结构，其底层是基于硅基基片，利用微加工工艺制备的多层复合结构，其中二氧化硅波导层的结构将形成介电介质的光学波导，实现百微米以上的长距离光信号传输；金属波导层的结构利用金属的表面等离激元效应实现全控光信号的设计，与硅基片之间的绝缘层是为了防止硅基对金属结构的表面等离激元造成衰减干扰。
IMS纳米耦合结构的输入端为二氧化硅波导，当偏振光从侧面注入到二氧化硅波导层中时，将沿着波导在芯片上传输，在端点耦合到金属波导层结构中，由于金属波导层结构的纳米尺寸，将形成表面等离激元(SPP)波，继续沿着金属波导层结构传输。当二氧化硅波导的模式和金属的等离激元振荡模式满足谐振条件，其耦合效率将达到最强，有效的将光信号转移至金属纳米结构中。金属中的表面等离激元模式对周围材料的介电常数敏感，并可以通过其形状、尺寸、周期、进行灵活的调制，匹配将要进行运算的光信号频率。在光控开关领域，金属纳米结构的局域场增强效应具有较强的非线性光克尔效应，可以实现结构的介电常数改变，通过控制光改变谐振模式，进而实现弱信号的光控开关。因此，IMS纳米耦合结构实现了二氧化硅波导至金属纳米结构的光信号转移，实现了全光控制，并且解决了一系列的损耗、传输问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用具体个例对技术原理、实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是为了帮助理解本发明技术方法及核心思想，描述的实施例仅仅是本发明的个例，不是全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
Claims (7)
1.一种波导耦合结构，其特征在于，所述波导耦合结构包括硅基、绝缘层、多个二氧化硅波导层和多个金属波导层；
多个所述二氧化硅波导层和多个所述金属波导层依次交替排列，并按照排列顺序依次串联连接；
依次交替排列的所述二氧化硅波导层和所述金属波导层设置于所述绝缘层的上面；
所述绝缘层覆盖于所述硅基的上面,
所述二氧化硅波导层包括二氧化硅纳米线，所述二氧化硅纳米线与所述二氧化硅波导层相邻的金属波导层串联连接,
所述金属波导层包括金属纳米线，所述金属纳米线与所述金属波导层相邻的二氧化硅波导层的二氧化硅纳米线串联连接,
所述金属波导层还包括空气槽，所述金属纳米线布满所述金属波导层上除空气槽之外的其它部分。
2.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述空气槽为直线型或曲线型结构，所述空气槽的深度为5nm-100nm，所述空气槽的宽度为5nm-150nm。
3.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述金属纳米线成直线型或曲线型排布。
4.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述金属波导层的厚度为5nm-100nm。
5.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述二氧化硅波导层的厚度为200nm-1500nm，所述二氧化硅波导层的宽度为200nm-1500nm。
6.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述绝缘层的厚度大于等于5nm。
7.根据权利要求1所述的一种波导耦合结构，其特征在于，所述金属波导层的材料为金、银、铜、铂、铝、镍和钴中的一种或几种。
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Citations (2)
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101647046B1 (ko) * | 2010-09-03 | 2016-08-10 | 삼성전자주식회사 | 표면 플라즈몬 폴라리톤 변조기 |
| US8749866B2 (en) * | 2011-12-15 | 2014-06-10 | Northrop Grumman Systems Corporation | Plasmonic modulator incorporating a solid-state phase change material |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101630038A (zh) * | 2008-11-11 | 2010-01-20 | 国家纳米科学中心 | 一种低损耗表面等离子激元光波导结构 |
| CN103605216A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-26 | 清华大学 | 光开关 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Plasmon slot waveguide: Toward Chip-scale Propagation with Subwavelength-scale Localization";J.A.Dionne et al;《Physical Review》;20060105;第1-9页 * |
| 金属狭缝SPP模式与介质波导模式耦合特性的研究;胡帅;《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)》;20130131;第1-60页 * |
Also Published As
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