[发明专利]一种柔性超长表面等离子体激元波导

说明书

技术领域

本发明属于集成光学技术领域，特别涉及一种基于柔性衬底的表面等离子体激元超长光波导。

背景技术

随着半导体和集成光学工艺水平的发展，以柔性衬底来制备各种波导器件已成为现实。现有的平面光波导衬底主要为玻璃、硅片等无机材料，这种技术存在温度稳定性差，重量较大，机械性不佳，易破碎等缺点，采用柔性有机聚合物衬底代替可以克服以上缺点，同等面积的柔性衬底只为无机材料的衬底重量的十分之一左右，优异的机械性能使得一般情况下的震动难以对柔性波导性能造成影响。

近年来，随着纳米科学和纳电子学的发展，一种全新的波导结构--表面等离子体激元波导成为集成光学领域的新兴研究方向。表面等离子体激元是一种在金属表面传播的并且被约束在此表面的一种非辐射电磁波。表面等离子体激元被约束在波导表面是光和金属的自由电子相互作用的结果。表面等离子体激元波导具有普通光波导所不具备的特性：如可以实现在纳米尺度上的信号传输；可保持信号长程传输过程中的单一偏振态，实现各种尺寸下单模传输；表面等离子体激元波导的金属芯层结构，不但能够传播光信号，还可以传播电信号，可实现在同一芯片上光电混合；金属的介电常数为复数，其虚部代表金属吸收光的能力，通过对金属芯层的设计限制光场强度；可对表面等离子体激元波导的金属芯层直接调制以实现表面等离子体激元波导器件的高效调谐等。基于表面等离子体激元波导的这些特性，表面等离子体激元波导器件可在光通信、光学传感领域发挥重要应用。

目前长程传输的表面等离子体激元波导(Long-range surface plasmon polaritons waveguide)存在着一个技术瓶颈，就是通过平面光波导工艺制备的表面等离子体激元波导具有很大的弯曲损耗。这主要是由于金属纳米线厚度一般为10-20纳米，在波导线弯曲时，波导芯层对传输模式的束缚作用很弱，特别是当波导弯曲半径为厘米量级时，模式光就会发生明显的泄漏。因此，长程表面等离子体激元波导一般只用于制备直波导类器件，而无法研制超长的弯曲波导或延时线等。

发明内容

技术问题：本发明提出一种柔性超长表面等离子体激元波导，其采用平面的柔性表面等离子体激元波导制备工艺与波导立体对准焊接技术实现一种三维结构的超长波导，具有可光电复用、柔性可弯曲，体积小，制备简单、成本低等优点。

技术方案：本发明的技术方案是这样实现的：从结构上看，该柔性表面等离子体激元波导由光电输入端、光电输出端、柔性衬底、柔性表面等离子体激元波导阵列构成，柔性表面等离子体激元波导阵列制作于柔性波导衬底之上，表面等离子体激元波导结构由机聚合物柔性材料制成，具有很好的柔韧性，可以进行小半径的弯曲。其特征在于：柔性衬底具有筒状结构，波导制备于柔性衬底之上，形成螺旋形的超长柔性等离子激元波导结构，这种超长柔性光波导结构是由制备的平面的柔性等离子激元波导阵列卷曲对接形成为立体筒状结构，制备的平面柔性波导阵列由数条相同的单根柔性波导线组成，每根波导均与衬底边缘呈α角度，α一般为零度至几度，表面等离子体激元波导阵列中某一根波导的输出端和编号在其后的单根光波导的输入端对准，将波导阵列每根波导首位相接串联形成连续的螺旋形波导光路，形成具有独立的光电输入端与独立光电输出端柔性超长表面等离子体激元波导。

本发明所提出的柔性超长表面等离子激元波导由柔性材料衬底、波导金属芯层、有机聚合物波导包层组成，可以为矩形，脊形，倒脊形，条载形结构，其中金属表面等离子体激元波导芯层尺寸在纳米量级，材料为金、银等高电导率材料，包层厚度和宽度均为数微米量级，材料为折射率合适的柔性有机聚合物，有机聚合物衬底厚度在几微米至几厘米之间。

本发明所提出的柔性超长表面等离子体激元波导光、电路如下：光信号或电信号由外部光电信号输入端输入，经由柔性波导线阵列立体连接而成的超长等离子激元波导进行传输，最终由光电输出端输出光信号或者电信号或者光电复用信号。

有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：