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      一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器的制作方法

      文檔序號:11757725閱讀:666來源:國知局
      一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器的制作方法與工藝

      本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器。



      背景技術(shù):

      目前,光纖跟硅基光子器件的耦合主要采用端面耦合方式進(jìn)行耦合。所謂的端面耦合是直接耦合的一種,就是把平端光纖與未處理的硅基光子器件端面直接對接,進(jìn)行能量的傳遞。但是光纖跟硅基光子器件的模場面積不匹配,特別是硅基器件,因?yàn)楣璞旧淼恼凵渎适?.5左右,而組成光纖的材料的折射率一般為1.4,從光纖射出的光未經(jīng)過任何處理直接耦合進(jìn)波導(dǎo)會產(chǎn)生巨大的模場失配損耗,耦合效率極低。而耦合效率的高低直接決定了一個光學(xué)器件的性能。

      為了提高耦合效率,耦合器這一概念被提出來,耦合器通過自身結(jié)構(gòu)的特性可調(diào)整光場的模場、提高模式匹配程度,以達(dá)到提高耦合效率的目的。耦合器包括三大類,楔形耦合器、透鏡耦合器和光柵耦合器。但是由于光存在衍射極限,而這些耦合器都無法對光場進(jìn)行極限壓縮,從而使得通過這些耦合器的光突破衍射極限,高效耦合進(jìn)納米光子器件,故而它只能在微米量級的光子器件的耦合中發(fā)揮高效耦合的作用。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,而提供一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器。這種耦合器能使入射光突破衍射極限,高效耦合進(jìn)硅基光子器件中,能提高光纖與硅基光子器件之間的耦合效率,而且此種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器結(jié)構(gòu)簡單,對于工藝要求低,易于加工,成本較低。

      實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是:

      一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器,包括順序疊接的第一SiO2層、Ag層和第二SiO2層,所述第一SiO2層和第二SiO2層對稱設(shè)置在Ag層的兩面。

      所述第一SiO2層和第二SiO2層的結(jié)構(gòu)、形狀完全一致。

      所述SiO2層為直角梯形體,直角梯形體的兩個端面為耦合端面,兩個耦合端面的面積不等,面積大的第一耦合端面與光纖耦合端面A重合,面積小的第二耦合端面與波導(dǎo)耦合端面B重合,第一耦合端面、第二耦合端面為長方形,長方形的長邊長度為短邊長度的2倍。

      所述直角梯形體與Ag層的接觸面垂直于第一耦合端面和第二耦合端面。

      所述直角梯形體的4條棱邊呈曲線形狀,制作曲線的參數(shù)按冪函數(shù)的函數(shù)方程獲取,這樣可以有效地避免光的溢散,降低光在長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器中的傳輸損耗。

      第一SiO2層的作用是傳輸光、調(diào)整光的模場面積并對進(jìn)行壓縮。

      光在Ag層表面?zhèn)鬏敃r,光和Ag層表面自由電子的相互作用會引起一種電磁波模式,這種電磁波模式就是表面等離子激(Surface Plasmon Polariton,簡稱SPP)。表面等離子激元的作用增強(qiáng)長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器對光的束縛作用,使光不會在長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器對光場進(jìn)行壓縮時造成大量的傳輸損耗,高效的耦合進(jìn)硅基光子器件,從而提高光纖跟硅基光子器件的耦合效率。

      第二SiO2層與第一SiO2層的作用相同,用于光的傳輸和模場面積的調(diào)整,同時它也與第一SiO2層構(gòu)成一種對稱結(jié)構(gòu),調(diào)整光場的形狀,當(dāng)長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器與硅基光子器件耦合時,長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器的光場與器件的光場的重疊程度提高,以達(dá)到高效耦合的目的。

      這種波導(dǎo)耦合器利用表面等離子激元的亞波長束縛特性,使入射光突破衍射極限,能夠高效耦合進(jìn)硅基光子器件中,并且當(dāng)入射光通過長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器時,對光進(jìn)行壓縮,調(diào)整其模場面積,使得其模場能夠跟硅基光子器件的模場進(jìn)行匹配,從而提高耦合效率。

      耦合效率η與模場匹配的關(guān)系可以用兩器件模場分布的重疊積分表示

      Ew、Ef分別表示兩耦合器件的模場面積,Ew為入射光的模場面積,Ef為出射光的模場面積。為了實(shí)現(xiàn)光纖跟硅基光子器件的最佳耦合,必須保證它們的模場有最大的重疊,也就是使Ew和Ef盡量相等。

      這種耦合器能使入射光突破衍射極限,高效耦合進(jìn)硅基光子器件,提高了光纖與硅基光子器件之間的耦合效率,而且此種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器結(jié)構(gòu)簡單,對于工藝要求低,易于加工,成本較低。

      附圖說明

      圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2為圖1的爆炸圖;

      圖3為實(shí)施例端面耦合方式的示意圖。

      圖中,1.光纖 2.波導(dǎo)耦合器 3.硅基光子器件 4.第一SiO2層 5.Ag層 6.第二SiO2層 7.接觸面 8.第一耦合端面 9.第二耦合端面。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型內(nèi)容作進(jìn)一步的闡述,但不是對本實(shí)用新型的限定。

      實(shí)施例:

      參照圖1、圖2、圖3,一種長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器,包括順序疊接的第一SiO2層4、Ag層5和第二SiO2層6,所述第一SiO2層4和第二SiO2層6對稱設(shè)置在Ag層5的兩面。

      所述第一SiO2層4和第二SiO2層6的結(jié)構(gòu)、形狀完全一致。

      所述SiO2層4為直角梯形體,直角梯形體的兩個端面為耦合端面,兩個耦合端面的面積不等,面積大的第一耦合端面8與光纖耦合端面A耦合,面積小的第二耦合端面9與波導(dǎo)耦合端面B重合,第一耦合端面8、第二耦合端面9為長方形,長方形的長邊長度為短邊長度的2倍。

      所述直角梯形體與Ag層5的接觸面7垂直于第一耦合端面8和第二耦合端面9。

      所述直角梯形體的4條棱邊呈曲線形狀,制作曲線的參數(shù)按冪函數(shù)的函數(shù)方程獲取。

      第一SiO2層4的作用是傳輸光、調(diào)整光的模場面積并對進(jìn)行壓縮。

      光在Ag層5表面?zhèn)鬏敃r,光和Ag層5表面自由電子的相互作用會引起一種電磁波模式,這種電磁波模式就是表面等離子激。表面等離子激元的作用增強(qiáng)長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器對光的束縛作用,使光不會在長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器對光場進(jìn)行壓縮時造成大量的傳輸損耗,高效的耦合進(jìn)硅基光子器件,從而提高光纖跟硅基光子器件的耦合效率。

      第二SiO2層6與第一SiO2層4的作用相同,用于光的傳輸和模場面積的調(diào)整,同時它也與第一SiO2層4構(gòu)成一種對稱結(jié)構(gòu),調(diào)整光場的形狀,當(dāng)長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器與硅基光子器件耦合時,長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器的光場與器件的光場的重疊程度提高,以達(dá)到高效耦合的目的。

      具體地:

      如圖3所示,長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2與光纖1進(jìn)行端面耦合,將光纖1射出的光耦合進(jìn)長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2中,在長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2中對光的模場面積進(jìn)行調(diào)整;長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2與硅基光子器件3進(jìn)行端面耦合,再將光耦合進(jìn)平板波導(dǎo)中,整個過程中,長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2起到調(diào)整入射光的模場面積的作用,使得光能高效耦合進(jìn)平板波導(dǎo)中。

      耦合效率η與模場匹配的關(guān)系可以用兩器件模場分布的重疊積分表示

      Ew、Ef分別表示兩耦合器件的模場面積,Ew為入射光的模場面積,Ef為出射光的模場面積,為了實(shí)現(xiàn)光纖跟硅基光子器件的最佳耦合,必須保證它們的模場有最大的重疊,也就是使Ew和Ef盡量相等。

      本實(shí)施例的COMSOLTM仿真計算:在光纖1與長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2耦合時,光纖1的模場面積為127.08um2,而長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2的第一耦合端面8的模場面積為126.73um2;在長程表面等離子激元波導(dǎo)耦合器2的第二耦合端面9與硅基光子器件3端面耦合時,硅基光子器件3的第一耦合端面8的模場面積為1.82um2,硅基光子器件3端面的模場面積為0.88um2,故而其模場匹配效率較高,可以大大減小模場失配損耗,以達(dá)到提高光纖與硅基光子器件之間的耦合效率的目的。

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