CN108957628A - 一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，包括自下而上顺序叠接的低折射率基底层、低折射率缓冲层、硫化物层和脊层，其中，所述低折射率缓冲层和低折射率基底层的接触端面的形状、大小一致，所述硫化物层与低折射率缓冲层的接触端面的面积小于低折射率缓冲层的上表面面积且其接触端面的边与低折射率缓冲层的上表面的对应边之间有间距；所述脊层与硫化物层的接触端面的面积小于硫化物层的上表面面积且其接触端面的边与硫化物层的上表面的对应边之间有间距。这种波导能够提高更强的局域化约束和更长的传播距离，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，能实现更大的带宽超快数据传输。

Description

一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体是一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导。
背景技术
表面等离子体极化激元（Surface plasmon polaritons，简称SPPs），是沿着金属-介质界面传播的渐逝的电磁波，可以支持金属和介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的作用。正因为其独特的性质和在各种领域的应用前景而成为众多研究的对象。《纳米·快报》在2009年刊载了“Gain-Assisted Propagation in aPlasmonic Waveguide at Telecom Wavelength”一文提出的掺杂纳米晶体的聚合物带加载等离子体波导，在电信波长上增加了27%的传播长度，随后，《光学快报》刊载了“Long-range dielectric-loaded surface plasmon-polariton waveguides”一文，丹麦奥尔堡大学的Tobias Holmgaard团队报道了长程介质加载SPP波导(LR-DLSPPW)，传播长度达到了毫米数量级，但这种结构的损耗较大。《纳米研究快报》在2014年刊载了“Asymmetrichybrid plasmonic waveguides with centimeter-scale propagation length undersubwavelength confinement for photonic components”一文中提出了一种非对称混合等离子体金属线波导，实现了亚波长限制的最大传播长度可以达到2.69cm。
然而目前SPP波导结构传播距离依然非常有限，达不到实现高集成光通信的要求。对于波导结构来说，实现灵敏度和分辨率之间权衡是很重要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导。这种波导能够提高更强的局域化约束和更长的传播距离，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，能实现更大的带宽超快数据传输。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的低折射率基底层、低折射率缓冲层、硫化物层和脊层，其中，所述低折射率缓冲层和低折射率基底层的接触端面的形状、大小一致，所述硫化物层与低折射率缓冲层的接触端面的面积小于低折射率缓冲层的上表面面积且其接触端面的边与低折射率缓冲层的上表面的对应边之间有间距；所述脊层与硫化物层的接触端面的面积小于硫化物层的上表面面积且其接触端面的边与硫化物层的上表面的对应边之间有间距。
所述低折射率基底层为树脂聚合物层。
所述低折射率缓冲层为聚甲基丙烯酸甲酯膜，即PMMA膜，PMMA膜通过电泳的方法沉积在低折射率基底层上。
所述硫化物层为单层二硫化钼，单层二硫化钼通过化学气相沉积法制备，二硫化钼在保持了石墨烯很多优点的同时，也克服了石墨烯零带隙的缺点，具有更好的光学和电学性质。
所述脊层为苯并环丁烯，即BCB。
入射光从脊层的上表面垂直入射到波导，利用光在波导内部传播时发生全反射现象所产生的倏逝波进行波矢匹配而实现SPPs的激发，当光衍射到硫化物层，由于二硫化钼独特的性质，在硫化物层区域内出现增强的局域化现象，实现增加SPPs的传播距离。
当光衍射到低折射率缓冲层和低折射率基底层界面上发生全反射，补偿SPPs传播的金属损耗，能够增强SPPs传播中的局域化程度，提高SPPs传播距离。
这种波导采用光激发SPPs，通过利用二硫化钼所具有的独特性质实现SPPs的局域化增强，在低折射率缓冲层和低折射率基底层中利用全反射增强 SPPs传播过程中局域化，在无需牺牲波导的亚波长约束的情况下同时提高了SPPs传播距离，可以为SPPs在新型光子器件、宽带通讯***、微小光子回路、光电子集成等反方面提供关键器件。
这种波导能够提高更强的局域化约束和更长的传播距离，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，能实现更大的带宽超快数据传输。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.低折射率基底层 2.低折射率缓冲层 3.硫化物层 4.脊层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，包括自下而上顺序叠接的低折射率基底层1、低折射率缓冲层2、硫化物层3和脊层4，其中，所述低折射率缓冲层2和低折射率基底层1的接触端面的形状、大小一致，所述硫化物层3与低折射率缓冲层2的接触端面的面积小于低折射率缓冲层2的上表面面积且其接触端面的边与低折射率缓冲层2的上表面的对应边之间有间距；所述脊层4与硫化物层3的接触端面的面积小于硫化物层3的上表面面积且其接触端面的边与硫化物层3的上表面的对应边之间有间距。
所述低折射率缓冲层2为聚甲基丙烯酸甲酯膜，即PMMA膜，PMMA膜通过电泳的方法沉积在低折射率基底层1上。
所述硫化物层3为单层二硫化钼，单层二硫化钼通过化学气相沉积法制备，二硫化钼在保持了石墨烯很多优点的同时，也克服了石墨烯零带隙的缺点，具有更好的光学和电学性质。
所述脊层4为苯并环丁烯，即BCB。
入射光从脊层4的上表面垂直入射到波导，利用光在波导内部传播时发生全反射现象所产生的倏逝波进行波矢匹配而实现SPPs的激发，当光衍射到硫化物层3，由于二硫化钼独特的性质，在硫化物层3区域内出现增强的局域化现象，实现增加SPPs的传播距离。
当光衍射到低折射率缓冲层2和低折射率基底层1界面上发生全反射，补偿SPPs传播的金属损耗，能够增强SPPs传播中的局域化程度，提高SPPs传播距离。
这种波导采用光激发SPPs，通过利用二硫化钼所具有的独特性质实现SPPs的局域化增强，在低折射率缓冲层2和低折射率基底层1中利用全反射增强 SPPs传播过程中局域化，在无需牺牲波导的亚波长约束的情况下同时提高了SPPs传播距离，可以为SPPs在新型光子器件、宽带通讯***、微小光子回路、光电子集成等反方面提供关键器件。

Claims (5)

1.一种基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，包括自下而上顺序叠接的低折射率基底层、低折射率缓冲层、硫化物层和脊层，其中，所述低折射率缓冲层和低折射率基底层的接触端面的形状、大小一致，所述硫化物层与低折射率缓冲层的接触端面的面积小于低折射率缓冲层的上表面面积且其接触端面的边与低折射率缓冲层的上表面的对应边之间有间距；所述脊层与硫化物层的接触端面的面积小于硫化物层的上表面面积且其接触端面的边与硫化物层的上表面的对应边之间有间距。
2.根据权利要求1所述的基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，其特征是，所述低折射率基底层为树脂聚合物层。
3.根据权利要求1所述的基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，其特征是，所述低折射率缓冲层为聚甲基丙烯酸甲酯膜，即PMMA膜。
4.根据权利要求1所述的基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，其特征是，所述硫化物层为单层二硫化钼。
5.根据权利要求1所述的基于二硫化钼的长程介质加载的混合等离子波导，其特征是，所述脊层为苯并环丁烯，即BCB。
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