[发明专利]一种面向集成光路的长程表面等离激子波导及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成光波导，尤其是涉及一种基于金属微纳结构，用于高密度集成光路中的光波能量传输的等离激子波导。

背景技术

自20世纪70年代以来，集成光学的发展已经得到了广泛的应用，但就其集成水平和相对于人们的期望目标和进一步技术发展的要求来说，还是有很大的差距。目前，在集成光学发展所面临的困难中，其中一个比较突出的问题就是实现光信号传输的光波导不能很紧凑地被集成，尤其是体现在如实现光波导的大角度转弯上最为典型。许多集成光学器件都基于弯曲的光波导结构，要实现集成光学系统的真正“微”型化，就必须要实现光波导对光波在微nm尺度的自由引导。基于金属维纳结构的等离激子学(Plasmonics)的兴起和等离激子波导(Plasmonic Waveguide)(参见文献：1、W.L.Barnes，A.Dereux，and T.W.Ebbesen，Nature424，824(2003)；K.Tanaka，and M.Tanaka，Appl.Phys.Lett.，82，1158(2003)；R.Charbonneau，N.Lahoud，G.Mattiussi and P.Berini，Opt.Express 13，977(2005)；B.Wang and G.P.Wang，Appl.Phys.Lett.90，013114(2007)；2、M.Quinten，A.Leitner，J.R.Krenn，and F.R.Aussenegg，Opt.Lett.23，1331(1998)；S.A.Maier，M.L.Brongersma and H.A.Atwater，Appl.Phys.Lett.78，16(2001)；3、D.K.Gramotnev and D.F.P.Pile，Appl.Phys.Lett.85，6323(2004)；D.F.P.Pile andD.K.Gramotnev，Opt.Lett.30，1186(2005)；S.I.Bozhevolnyi，Opt.Express 14，9467(2006)；S.I.Bozhevolnyi，V.S.Volkov，E.Devaux，J.Y.Laluet and T.W.Ebbesen，Nature 440，508(2006)；4、K.Tanaka and M.Tanaka，Appl.Phys.Lett.82，1158(2003)；B.Wang and G.P.Wang，Appl.Phys.Lett.85，3599(2004)；F.Kusunoki，T.Yotsuya，J.Takahara and T.Kobayashi，Appl.Phys.Lett.86，211101(2005)；M.Wachter，M.Nagel and H.Kurz，Appl.Phys.Lett.90，061111(2007)；5、K.Tanaka，M.Tanaka and T.Sugiyama，Opt.Express 13，256(2004)；L.Sunand L.Hesselink，Opt.Lett.31，3606(2006)；6、L.Liu，Z.Han，and S.He，Opt.Express 13，6645(2005)；G.Veronis and S.Fan，Opt.Lett.30，3359(2005).D.F.P.Pile，et al，Appl.Phys.Lett.87，261114(2005)；7、D.F.P.Pile，T.Ogawa，D.K.Gramotnev，T.Okamoto，M.Haraguchi，M.Fukui，and S.Matsuo，Appl.Phys.Lett.87，061106(2005))的出现为此提供了一个新的技术途径。但是存在和所要解决的问题是如何减低光波(或等离激子波)的传播损耗和同时如何能够实现波导的高密度集成(如实现大角度转弯)。其中由于金属材料的引入，它所带来的吸收损耗对于一般的等离激子波导来讲还是很显著的。近来，人们提出一种由一层镶在介质中的很薄的金属条所构成的长程表面等离激子波导(long-range surface plasmon，简称LRSP)，它表现出了显著的传播长度(实现如在1500nm波长附件约0.3dB/mm的低损耗)(参见文献：8、J.J.Burke，G.I.Stegeman，and T.Tamir，Phys.Rev.B 33，5186(1986)；9、R.Charbonneau，C.Scales，I.Breukelaar，S.Fafard，N.Lahoud，G.Mattiussi，and P.Berini，IEEE J.Lightwave Tech.24，477(2006))。但是它不适合与高密度集成(参见文献：10、S.A.Maier，IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.12，1671(2006))，例如一个小角度的转弯就需要几毫米至厘米的波导长度范围。