CN110333568B - 一种开口型mim波导结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开口型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谐振腔；所述谐振腔内设置有谐振环；所述谐振环上设置有开口；该开口型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，在方形环内部设置开口的圆环，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，另外，由于开口的圆环导致圆环上传播的等离激元共振发生隔断，形成驻波模式，与长波导耦合，形成更窄的透射峰。当该结构用来制作传感器时，缺口处的介质的折射率将严重影响共振模式，从而实现更高灵敏度的传感器。

Description

一种开口型MIM波导结构
技术领域
本发明属于波导结构技术领域，具体涉及一种开口型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，本发明提供了一种开口型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谐振腔；所述谐振腔内设置有谐振环；所述谐振环上设置有开口。
所述开口的内填充有介质。
所述谐振环内设置有第二谐振环。
所述第二谐振环内填充有第二介质。
所述第二谐振环上设置有第二开口。
所述光通道的直径为50nm。
所述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。
所述谐振腔是由二氧化硅制成。
所述谐振环的轴向与光通道的轴向垂直。
本发明的有益效果：本发明提供的这种开口型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，在方形环内部设置开口的圆环，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，另外，由于开口的圆环导致圆环上传播的等离激元共振发生隔断，形成驻波模式，与长波导耦合，形成更窄的透射峰。当该结构用来制作传感器时，缺口处的介质的折射率将严重影响共振模式，从而实现更高灵敏度的传感器。
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是开口型MIM波导结构的结构示意图一。
图2是开口型MIM波导结构的结构示意图二。
图3是开口型MIM波导结构的结构示意图三。
图4是开口型MIM波导结构的结构示意图四。
图5是开口型MIM波导结构的结构示意图五。
图6是开口型MIM波导结构的结构示意图六。
图7是口型MIM波导结构的透射光谱示意图。
图中：1、主体；2、光通道；3、谐振腔；4、谐振环；5、开口；6、介质；7、第二谐振环；8、第二开口。
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～图3所示的开口型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的上方设置有谐振腔3；所述谐振腔3内设置有谐振环4；所述谐振环4上设置有开口5；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，并且与上方的谐振腔3、谐振环4发生耦合，谐振腔3与谐振环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；另外，由于谐振环4上设置有开口5，该开口5的尺寸为10nm～40nm之间，使得谐振环4上的等离激元共振发生隔断，从而形成驻波模式，与长波导耦合，形成更窄的透射峰。如图7所示为口型MIM波导结构的透射光谱示意图。
进一步的，如图4所示，所述开口5的内填充有介质6。介质6可以是折射率随温度变化的材料制成，例如二氧化钒，这样，等离激元共振模式也随温度变化，因此形成温度可调的透射。利用该特性，可以用来制作温度传感器，通过探测透射的变化，可以探测温度的改变，形成针对温度的传感器。
进一步的，开口5的方向，可以在谐振环4的上方，也可以在谐振环4左侧或者右侧，开口5在谐振环4左侧或者右侧时为非对称位置，破坏了腔中本征模式的对称分布，在该波导结构中产生了法诺共振，更有利于检测谐振腔3中填充介质的折射率。
进一步的，如图5、图6所示，所述谐振环4内设置有第二谐振环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。谐振环4与第二谐振环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。
进一步的，所述第二谐振环7上设置有第二开口8；第二开口8内填充有介质6，介质6同样可以是折射率随温度变化的材料制成，这样，第二谐振环7与谐振环4配合，等离激元共振模式随温度变化更加明显，提高温度形对透射的影响。利用该特性，可以用来制作高灵敏度的温度传感器，通过探测透射的变化，可以探测温度的改变，形成针对温度的传感器。
进一步的，开口5与第二开口8位置方向可以相同，也可以不同。当相同时，在谐振环4与第二谐振环7上形成同相位的表面等离激元振动，发生干涉增强，使得对折射率变化更加敏感；当不同时，在两环上形成具有相位差的表面等离激元振动，增大了表面等离激元波在谐振腔3内的有效传输距离，从而改变透射峰的位置，可以实现滤波器的选频特性。
进一步的，所述光通道2的直径为50nm。
进一步的，所述谐振腔3与光通道2之间的距离为5nm～20nm。
进一步的，所述主体1是由贵金属例如金或者银制成。
进一步的，所述谐振腔3是由二氧化硅制成。
进一步的，所述谐振环4的轴向与光通道2的轴向垂直。
综上所述，该开口型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，在方形环内部设置开口的圆环，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，另外，由于开口的圆环导致圆环上传播的等离激元共振发生隔断，形成驻波模式，与长波导耦合，形成更窄的透射峰。当该结构用来制作传感器时，缺口处的介质的折射率将严重影响共振模式，从而实现更高灵敏度的传感器。
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 (7)

1.一种开口型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)的上方设置有方形谐振腔(3)，所述谐振腔(3)与光通道(2)之间的距离为5nm～20nm；所述谐振腔(3)内设置有第一谐振环(4)；所述第一谐振环(4)上设置有第一开口(5)；所述第一谐振环(4)内设置有第二谐振环(7)，所述第二谐振环(7)上设置有第二开口(8)。
2.如权利要求1所述的一种开口型MIM波导结构，其特征在于：所述第一开口(5)的内填充有介质(6)。
3.如权利要求1所述的一种开口型MIM波导结构，其特征在于：第二开口(8)内填充有介质(6)。
4.如权利要求1所述的一种开口型MIM波导结构，其特征在于：所述光通道(2)的直径为50nm。
5.如权利要求1所述的一种开口型MIM波导结构，其特征在于：所述主体(1)是由贵金属制成。
6.如权利要求1所述的一种开口型MIM波导结构，其特征在于：所述谐振腔(3)是由二氧化硅制成。
7.如权利要求1所述的一种开口型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。
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