[发明专利]基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器及制作方法

说明书

本申请公开了一种基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器及制作方法，其SPP耦合器当入射光通过介质填充层后进入介质光栅层，通过设置非对称金属光栅结构为倒“L”字型结构或“Z”字型结构，从而使得入射光可以垂直射入衬底，激发SPP，无需倾斜入射激发，可大幅降低外置光路的复杂性；而介质光栅层具有若干个周期性的介质光栅，周期性的介质光栅结构可以实现较高的光耦合效率，且可以较好的将入射光限制于衬底内进行单向传播，从而可以提高光耦合效率与单向比，另外，本实施例的SPP耦合器结构简单，制作难度低，适于批量生产。

技术领域

本申请涉及耦合器技术领域，尤其涉及一种基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器以及相应的制作方法。

背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)是由外部电磁场诱导金属结构表面自由电子或束缚电子的集体振荡现象，它可以突破衍射极限制约，在纳米尺度下实现对光的调制以及增强光与物质的相互作用。表面等离激元能够把入射光局域在金属表面亚波长的区域，相对于传统的介质光波导器件而言，可以突破衍射极限的限制，从而进一步缩小器件尺寸。对于实现兼具纳米电子器件的极小特征尺寸和介质光学的超高传输速度具有至关重要的意义。

SPP单向耦合器是集成光路的重要元器件之一，受到研究者的重视。然而，如何设计金属微纳结构，从而将光能够高效地耦合至金属微纳结构，从而形成单向传输的SPP仍然目前存在的重要问题之一。另外，现有SPP耦合器结构通常制备工艺复杂，对设备条件要求高，成为制约其大规模应用的一个主要因素。因此，降低制作难度也是需要考虑的另一个重要问题。

发明内容

本申请提供了基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器及制作方法，用于解决现有的SPP单向耦合器的光耦合效率与SPP单向比较低以及相应的耦合器制作难度较高的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器，由下至上依次设有衬底、介质光栅层、非对称金属光栅结构与介质填充层；

所述介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅；

所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅表面，所述非对称金属光栅结构为倒“L”字型结构或“Z”字型结构。

优选地，所述介质光栅的折射率为1.4～1.7，所述介质光栅的宽度为75～200nm，所述介质光栅的高度为75～300nm，所述介质光栅层的光栅周期为300～800nm。

优选地，所述介质光栅层的所述光栅周期为400-600nm。

优选地，所述介质填充层相对于所述非对称金属光栅结构表面以上的结构厚度为50-800nm。

优选地，所述非对称金属光栅结构的金属度大于50nm，所述非对称金属光栅结构的金属厚度为70～150nm。

另一方面，本申请实施例提供了一种基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S101：在衬底上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层；

S102：在所述介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅表面，同时，所述非对称金属光栅结构为倒“L”字型结构或“Z”字型结构；

S103：在所述非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，所述介质填充层覆盖所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅层表面；

S104：对经所述步骤S103获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

优选地，所述步骤S101中形成所述介质光栅层的制作方法采用下列三种方法的任意一种：