[发明专利]一种基于不对称双狭缝结构的布洛赫表面波单向耦合芯片

说明书

本发明涉及一种基于不对称双狭缝结构的布洛赫表面波单向耦合芯片，包括一玻璃基底以及排布在该玻璃基底上的布拉格反射单元，所述布拉格反射单元中设有不对称双狭缝结构。本发明结构简单，并且本发明对狭缝长度没有严格要求，狭缝宽度和深度容错率高，降低了加工的难度。同时，本发明对入射光要求简单，仅需要偏振高斯光即可实现BSW单向传输功能，无需复杂的柱矢量光场。

技术领域

本发明涉及微纳光子学领域，特别是涉及表面光学及其光场单向调控，具体地说涉及一种基于不对称双狭缝结构的布洛赫表面波单向耦合芯片。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是存在于结构表面的一种局域性电磁波，对电磁场具有很好的约束能力，同时具有亚波长传播、局域场增强及对周围环境高度敏感等优势，可以突破传统光子器件衍射极限的限制，具有丰富的应用前景，近年来被广泛应用于微纳光子集成、超分辨成像及高灵敏度传感等方面。然而，由于SPPs存在于金属与半无限大介质界面，金属材料本身的吸收损耗及强散射损耗使得SPPs损耗较大，并且金属结构材料制备技术不成熟，大大限制了其光场调控及应用，使得科研人员们开始寻找新型的全介质的微纳结构代替金属微纳结构更好地实现表面光场的调控。

布洛赫表面波(Bloch Surface Wave,BSW)可被看作SPPs的替代物，其存在于周期性高低折射率介质材料交替组成的多层介质膜与周围空气界面，是一种新型的基于全介质微纳结构的表面波。相较于表面等离激元，其具有传输损耗低，高Q因子，多模式特性(TE和TM模式均有，SPPs只有TM模式)，CMOS兼容等优势，因此基于BSW的操控和应用正日益成为国际前沿研究热点。在多层介质膜表面构筑微纳结构，可对BSW振幅、相位及偏振进行调控，实现微纳米尺度下的光子集成和操控，具有丰富的应用前景。实现BSW的高方向性是设计高效的亚波长发射器，接收器和传感器的基础，目前国内外对BSW的单向性这一现象研究甚少。例如依赖于具有固定入射角的圆偏光对BSW单向性进行调控，利用圆偏光和metasurface(超表面)界面相互作用进行调控等等，其主要存在问题为：(1)对表面微纳结构容错性低，需要精密设备制备表面微纳结构；(2)需介入外部空间光场调控才可以实现；(3)难以实现高单向传输比的BSW。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于不对称双狭缝结构的布洛赫表面波单向耦合芯片，该芯片对表面微纳结构容错率高，同时无需复杂的入射光就能实现高单向比的布洛赫表面波。

本发明提供的一种基于不对称双狭缝结构的布洛赫表面波单向耦合芯片，包括一玻璃基底以及排布在该玻璃基底上的布拉格反射单元，所述布拉格反射单元中设有不对称双狭缝结构。

所述布拉格反射单元由高折射率介质层和低折射率介质层交替组成，其顶层为低折射率介质缺陷层。

所述低折射率介质缺陷层中刻写有不对称双狭缝结构。

所述不对称双狭缝结构包括两个平行正对的单狭缝。

所述两个单狭缝的间距d满足k_BSW×d＝π/2，其中，k_BSW表示布洛赫表面波波矢。

所述两个单狭缝的宽度和深度设置为使得两个单狭缝激发的布洛赫表面波振幅相等，初始相位差为π/2。

所述两个单狭缝的长度相同。

所述两个单狭缝的长度大于4μm。

所述高折射率介质层的材质为Si₃N₄，所述低折射率介质层的材质为SiO₂。

所述布拉格反射单元共设置18层。