[发明专利]一种低损耗的拱柱芯微纳波导

说明书

本发明公开了一种低损耗的拱柱芯微纳波导，包括衬底；所述衬底的顶部两侧设置有支撑层；所述支撑层的顶部设置有金属层；两侧支撑层之间设置有高折射率层；所述高折射率层为拱柱状结构；所述高折射率层周围的空气构成低折射率区域。该拱柱芯微纳波导可将光场限制在中间层的低折射率介质区域中，整个波导结构同时具有较强的模式限制能力和较长的传输距离。该混合等离激元波导结构简单，结构集成度高且容易制备，为实现更高集成度的光子器件提供了可能。

技术领域

本发明属于集成光子器件领域，具体涉及一种低损耗的拱柱芯微纳波导。

背景技术

最近几年，因为表面等离激元能够突破衍射极限，在亚波长下实现光的模式局域，纳米尺度下基于表面等离激元的光波导器件已经被广泛的研究。然而金属带来的损耗导致波导模式的传播距离很小，限制了表面等离激元波导及波导型器件的应用。因此能有效降低损耗和增大传输距离的混合等离激元波导结构被提出。混合等离激元波导(hybridplasmonic waveguide ,HPWs)的关键点就是在金属和高折射率介质间引入了低折射率间隙，实现了光的强束缚效果以及实现了相对长的传输距离。在传输距离和模式局域两方面混合等离激元波导展示出了一个很好的权衡，这种结构增加了表面等离激元在高集成光子器件方面的应用潜力。但是传统的混合等离激元波导的传输距离只有几十到几百微米。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低损耗的拱柱芯微纳波导，以解决现有技术中存在的传输距离过短的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低损耗的拱柱芯微纳波导，包括衬底；所述衬底的顶部两侧设置有支撑层；所述支撑层的顶部设置有金属层；两侧支撑层之间设置有高折射率层；所述高折射率层为拱柱状结构；所述高折射率层周围的空气构成低折射率区域。

进一步的，所述金属层的材料为Ag；所述支撑层的材料为ZnO；所述高折射率层的材料为Si；所述衬底的材料为SiO₂。

进一步的，所述支撑层和金属层之间还设置有固定层。

进一步的，所述固定层的材料为Si₃N₄。

进一步的，所述高折射率层的顶部和固定层之间的间隙为50nm。

进一步的，所述高折射率层的折射率为3.478。

进一步的，所述拱柱状结构的宽度为300-600nm，拱柱状结构的矩形部分高度为100-250nm。

进一步的，所述金属层的宽度为4000nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明将高折射率层设计成拱柱状，大大减小了金属层带来的损耗，当光垂直进入结构时，光场被很好的限制在了中间的低折射率空气层，不仅可实现优秀的模式限制能力，而且具有低损耗较长传输距离的特性；（2）本发明结构简单设计，材料获取容易，制备易实现。

附图说明

图1为实施例低损耗的拱柱芯微纳波导结构xy截面示意图；

图2为实施例λ=1550nm时，波导宽度与模式面积变化关系图；

图3为实施例λ=1550nm时，波导宽度与传输距离变化关系图；

图4为实施例λ=1550nm时，波导宽度与品质因数变化关系图。

附图标记：1-衬底；2-高折射率层；3-支撑层；4-固定层；5-金属层。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效通俗易懂，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。