[发明专利]金属-介质-金属结构之光调制器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电光器件技术领域，尤其涉及一种金属-介质-金属结构之光调制器及其制造方法。

背景技术

电光材料是一种具有电光效应的光学功能材料。在外加电场作用下，所述电光材料的折射率发生变化的现象称为电光效应。所述外加电场作用于晶体材料所产生的电光效应包括以下两种类型：泡克耳斯效应，产生所述泡克耳斯效应的晶体材料通常是不具有对称中心的各向异性晶体；克耳效应，产生所述克耳效应的晶体通常是具有任意对称性质的晶体或者各向同性介质。

目前，所述电光晶体主要用于制作光调制器、扫描器、光开关等器件。同时，在大屏幕激光显示、汉字信息处理，以及光通信方面也有广阔的应用前景。现在已经实用的电光晶体主要是一些高电光品质因子的晶体和晶体薄膜。在可见波段，常用电光晶体包括磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、铌酸锂、钽酸锂等晶体。所述磷酸二氢钾和所述磷酸二氢铵晶体具有高的光学质量和光损伤阈值，但是其半波电压较高，而且需要采用防潮解措施。所述碳酸锂晶体具有低的半波电压和稳定的物理化学性能，但是其光损伤阈值较低。在红外波段，已实用的电光晶体主要是砷化镓和碲化镉等半导体，但基于其的所述光调制器仍存在调制深度和调制速度不足等缺陷。

随着纳米技术和纳米电子技术的快速发展,表面等离子体激元（Surface Plasmon polaritons,SPPs）在近年来成为一个新兴的研究方向。SPPs是当电磁波入射到金属与介质表面，在交界面处产生的表面电磁波振荡，其电场强度在金属表面最大，随着垂直于交界面的距离的增大而呈指数衰减。因此，SPPs是一种表面波，它的电磁场被约束在金属与介质交界面附近的范围内。SPPs具有增强透射效应，通过设计金属亚波长阵列的结构参数，即可以实现对特定频率点放大、对其它频率段滤波。此外，它还可以突破衍射极限，把电磁波约束在亚波长尺寸范围内传播。金属材质、亚波长结构及金属表面介质都会对SPPs产生影响，SPPs还具有二维空间（表面）传播的特性，这些都易于对其进行操控。目前，SPPs效应已经应用在滤波、波导传输、谐振腔、激光放大、传感和成像等多个领域。

本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，将金属与介质交界面处激励的表面等离子体激元效应与电光材料的电光效应相结合，通过电压调节由表面等离子体激元效应而产生的高透射峰的峰值频率点位置来实现光调制，可以克服现有的基于电光材料的光调制器在调制深度和调制速度的不足，发明一种金属-介质-金属结构之光调制器及其制造方法。

发明内容

本发明是针对现有技术中，所述传统的光调制器存在调制深度和调制速度不足等缺陷提供一种金属-介质-金属结构之光调制器。

本发明之又一目的是针对现有技术中，所述传统的光调制器存在调制深度和调制速度不足等缺陷提供一种金属-介质-金属结构之光调制器的制造方法。

为实现本发明之目的，本发明提供一种金属-介质-金属结构之光调制器，所述金属-介质-金属结构之光调制器包括：中间电光材料介质层，在所述中间电光材料介质层的两侧加载外部电压时其介电常数发生改变；具有第一周期性空气孔的第一金属薄膜和具有第二周期性空气孔的第二金属薄膜，所述第一金属薄膜和所述第二金属薄膜分别设置在所述中间光电材料介质层的两侧；以及第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极与所述第一金属薄膜连接，所述第二金属电极与所述第二金属薄膜连接，并用于加载所述外部电压。

可选地，所述中间电光材料介质层为GaAs或LiNiO₃的其中之一。

可选地，所述第一金属薄膜和所述第二金属薄膜具有相同的结构，且所述第一金属薄膜之第一周期性空气孔和所述第二金属薄膜之第二周期性空气孔具有相同的结构。

可选地，所述第一周期性空气孔和所述第二周期性空气孔的周期形状为正方形。

可选地，所述第一周期性空气孔和所述第二周期性空气孔的周期长度为50～100nm。

可选地，所述第一周期性空气孔和所述第二周期性空气孔的空气孔形状为圆形。

可选地，所述第一周期性空气孔和所述第二周期性空气孔的空气孔直径为30～80nm。

可选地，所述第一金属薄膜和所述第二金属薄膜均为Cu、Ag或Au的其中之一材料。

可选地，所述第一金属薄膜和所述第二金属薄膜的厚度范围为50～100nm。

可选地，所述中间电光材料介质层的厚度范围为30～50nm。

为实现本发明之又一目的，本发明提供一种金属-介质-金属结构之光调制器的方法，所述方法包括：