[发明专利]一种基于表面等离极化激元波导全光二极管的结构设计

摘要

本发明公开了一种实现全光二极管功能的结构设计。更具体地，是一种基于金属‑介质‑金属（MIM）波导的表面等离极化激元全光二极管结构。其包括正向入射波导/反向出射波导、增益谐振腔、损耗谐振腔以及正向出射波导/反向入射波导。两环形谐振腔内填充能够对表面等离极化激元（SPPs）实现增益和耗散的电介质材料。波导与增益环形谐振腔、损耗环形谐振腔之间有一定宽度的间隔用于SPPs的耦合。本发明是在金属银薄膜上设计一个波导环形腔耦合结构的基于SPPs全光二极管器件，意在突破传统电子二极管能耗高、速度低等瓶颈问题。同时通过设计不同结构尺寸或者在谐振腔内填充不同介电常数的电介质，可以实现任意波长光波的单向导通。

主权项

1.一种基于表面等离极化激元波导全光二极管的结构设计，包括金属银薄膜（1）；其特征在于，在金属银薄膜（1）上表面沿一条直线的两端各设计有一个开口孔形成一对MIM波导；在位于两个MIM波导之间的部分开有一对中心均位于该直线上的环形谐振腔；其中一个MIM波导与邻近的环形谐振腔之间设有用于SPPs耦合的第一金属间隔（6）；两个环形谐振腔之间设有用于SPPs耦合的第二金属间隔（7）；另一个MIM波导与相邻的环形谐振腔之间设有用于SPPs耦合的第三金属间隔（8）；其中一个MIM波导作为该结构的正向入射波导/反向出射波导（2），另一个MIM波导作为该结构的正向出射波导/反向入射波导（3）；所述正向入射波导/反向出射波导（2）与正向出射波导/反向入射波导（3）结构均为一端开口一端封闭；靠近正向入射波导/反向出射波导（2）的环形谐振腔中填充有增益特性的电介质材料；侧壁为贵金属材料银，由于银的介电常数虚部为负数，故其产生欧姆损耗；其增益一部分抵消侧壁贵金属的欧姆损耗，另一部分产生净增益，因而该环形谐振腔成为增益谐振腔（4）；靠近正向出射波导/反向入射波导（3）的环形谐振腔内的电介质材料为空气；侧壁为贵金属材料银，由于银的介电常数虚部为负数，故其产生欧姆损耗成为损耗谐振腔（5）；增益谐振腔（4）的增益作用大于损耗谐振腔（5）内损耗介质对光的损耗。