CN110297293A - 一种基于杂化型高质量因子的mim波导结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于杂化型高质量因子的MIM（金属‑介质‑金属）波导结构，包括主体，所述主体上方设置有光通道；所述光通道的上方设置有第一谐振腔；所述第一谐振腔内设置有第一谐振环；基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，具有体积小，易于集成，灵敏度高的优点，通过在主体内设置方形环，在方形环内部设置圆环，从而形成不同的等离激元共振，形成杂化形的等离激元共振，所产生的共振类型较为稳定，从而提高了波导的Q因子，使得波导的Q因子更加的稳定。

Description

一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构
技术领域
本发明属于波导结构技术领域，具体涉及一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构。
背景技术
导波光学以光的电磁理论为基础，研究光波在光学波导中的传播、散射、偏振、衍射等效应，成为各种光波导器件及光纤技术的理论基础。通常人们把光学纤维和其他导波光学器件的研究分属于两个不同的领域，即纤维光学和集成光学，但它们的理论基础却是相同的，这就是导波光学。
导波光学系统一般由光源、耦合器、光波导器件、光调制器和光探测器等组成。与传统的、非集成的离散光学元件系统相比，导波光学系统具有体积小、重量轻、结构紧凑和性能稳定等特点。导波光学系统具有体积小、性能稳定可靠、效率高、功耗低、使用方便等优点。
现有的导波光学系统的光波导器件体积较大，容易造成能量损失，Q因子不稳定，而且每次进行波导耦合，会浪费时间，每次进行操作，均有细微的差异，容易影响精度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是解决现有导波光学系统的光波导器件进行波导耦合时存在的Q因子不稳定的缺陷。
为此，本发明提供了一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，包括主体，所述主体上方设置有光通道；所述光通道的上方设置有第一谐振腔；所述第一谐振腔内设置有第一谐振环。
所述光通道的下方设置有第二谐振腔；所述第二谐振腔内设置有第二谐振环。
所述第一谐振腔与第二谐振腔以光通道为对称轴对称设置。
所述第一谐振环内设置有第三谐振环。
所述光通道的直径为50nm。
所述第一谐振腔与光通道之间的距离为5nm～20nm。
所述主体是由贵金属制成。
所述第一谐振腔、第二谐振腔均是由二氧化硅制成。
所述第一谐振环的轴向与光通道的轴向垂直。
所述第一谐振环与第二谐振环的轴向平行。
本发明的有益效果：本发明提供的这种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，具有体积小，易于集成，灵敏度高的优点，通过在主体内设置方形环，在方形环内部设置圆环，从而形成不同的等离激元共振，形成杂化形的等离激元共振，所产生的共振类型较为稳定，从而提高了波导的Q因子，使得波导的Q因子更加的稳定。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的示意图一。
图2是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的示意图二。
图3是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的示意图三。
图4是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的示意图四。
图5是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射光谱示意图一。
图6是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射光谱示意图二。
图7是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射光谱示意图三。
图8是基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射光谱示意图四。
图中：1、主体；2、光通道；3、第一谐振腔；4、第一谐振环；5、第二谐振腔；6、第二谐振环；7、第三谐振环。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
为了解决现有导波光学系统的光波导器件进行波导耦合时存在的Q因子不稳定的缺陷。本实施例提供了一种如图1所示的基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，包括主体1，所述主体1上方设置有光通道2；所述光通道2的上方设置有第一谐振腔3；所述第一谐振腔3内设置有第一谐振环4；当光从左端的入射口进入光通道2内，会在光通道2的内激发表面等离激元，并且与上方的第一谐振腔3、第一谐振环4发生耦合，第一谐振腔3与第一谐振环4各自会产生不同的等离激元共振，不同的等离激元共振结合，形成杂化型等离激元共振，从而使得该MIM波导结构具有高Q因子，而且该MIM波导结构具有体积小，易于集成，灵敏度高的优点。如图5所示，为该基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射图谱。
进一步的，所述光通道2的直径为50nm。
进一步的，所述第一谐振腔3与光通道2之间的距离为5nm～20nm，优先的，述第一谐振腔3与光通道2之间的距离为10nm。
进一步的，所述主体1是由贵金属制成，优先的选择金或者银制备主体1。
进一步的，所述第一谐振腔3是由二氧化硅制成。
进一步的，所述第一谐振环4的轴向与光通道2的轴向垂直。
实施例2
实施例提供了一种如图2所示的基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，包括主体1，所述主体1上方设置有光通道2；所述光通道2的上方设置有第一谐振腔3；所述第一谐振腔3内设置有第一谐振环4；所述光通道2的下方设置有第二谐振腔5；所述第二谐振腔5内设置有第二谐振环6；所述第一谐振环4与第二谐振环6的轴向平行。当光从左端的入射口进入光通道2内，会在光通道2的内激发表面等离激元，并且与上方的第一谐振腔3、第一谐振环4、上方的第二谐振腔5、第二谐振环6均发生耦合，第一谐振腔3、第一谐振环4、第二谐振腔5、第二谐振环6各自会产生不同的等离激元共振，上方的等离激元共振与下方的等离激元共振结合，形成两种振动模式的叠加，共振峰更窄，对折射率更加敏感从而使得该MIM波导结构具有更高Q因子，如图6所示，为该基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射图谱。
进一步的，所述第一谐振腔3、第二谐振腔5均是由二氧化硅制成。
进一步的，所述第一谐振环4、第二谐振环6的轴向均与光通道2的轴向垂直。
实施例3
在实施例2的基础上，如图3所示，所述第一谐振腔3与第二谐振腔5以光通道2为非对称轴对称设置，两谐振腔的共振模式相互叠加，通过间距调节相位，形成更复杂的Fano共振，对折射率变化更加敏感；如图7所示，为该基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射图谱。
实施例4
在实施例1的基础上，如图4所示，所述第一谐振环4内设置有第三谐振环7；这样，表面等离激元在入射端口沿波导向出射端口传输时，经过多谐振腔时，可以提高耦合效率，从而产生更窄的共振模式。第一谐振环4与第三谐振环7组成材料可以相同，也可以不同，从而实现更广的表面等离激元调控；如图8所示，为该基于杂化型高质量因子的MIM波导结构的透射图谱。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：包括主体（1），所述主体（1）上方设置有光通道（2）；所述光通道（2）的上方设置有第一谐振腔（3）；所述第一谐振腔（3）内设置有第一谐振环（4）。
2.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述光通道（2）的下方设置有第二谐振腔（5）；所述第二谐振腔（5）内设置有第二谐振环（6）。
3.如权利要求1或2所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振腔（3）与第二谐振腔（5）以光通道（2）为对称轴对称设置。
4.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振环（4）内设置有第三谐振环（7）。
5.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述光通道（2）的直径为50nm。
6.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振腔（3）与光通道（2）之间的距离为5nm～20nm。
7.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述主体（1）是由贵金属制成。
8.如权利要求1或2所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振腔（3）、第二谐振腔（5）均是由二氧化硅制成。
9.如权利要求1所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振环（4）的轴向与光通道（2）的轴向垂直。
10.如权利要求或2所述的一种基于杂化型高质量因子的MIM波导结构，其特征在于：所述第一谐振环（4）与第二谐振环（6）的轴向平行。
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