[发明专利]一种介质狭缝光波导

说明书

技术领域

本发明涉及光波导技术领域，具体涉及一种介质狭缝光波导。 

背景技术

传统的介质光波导通常以高折射率材料作为波导芯，以低折射率材料作为被覆层，光场主要集中在高折射率材料构成的波导芯中传输。由于受衍射极限的影响，其尺寸往往相对较大。于2004年首次提出的介质狭缝光波导可以实现在纳米级尺寸的低折射率介质中进行光信号的传输，突破了传统光波导尺寸的限制。该类波导由紧邻的高折射率介质区域组成，高折射率介质区域的中间为低折射率介质区。其工作原理是利用在不同介电常数材料界面上电场分量的不连续，且其大小与材料介电系数的平方成反比。利用电场分布的不连续性，低折射率材料中的光场分布密度将大大高于邻近的高折射率区域的电场分布密度，从而实现光场在低折射率材料中的传输和限制。 

目前，介质狭缝波导已经成为光波导研究领域的热点，得到国内外学者的广泛关注。传统的介质狭缝波导主要有两大类，分别是水平狭缝波导和垂直狭缝波导，这两种波导均只能对一种偏振光(TE偏振或TM偏振)的较强模场约束，而对另一种偏振光(TM偏振或TE偏振)的约束能力则往往较弱。本发明则提出了一种能同时对两种偏振光实现强模场限制的介质狭缝光波导结构，通过结构几何尺寸的调控，还可实现正、负双折射或零双折射等多种特性。该介质狭缝波导与现有的硅基加工工艺相匹配，可用于构建多种光子器件。 

发明内容

本发明提供了一种介质狭缝光波导结构，其横截面包括基底层、位于基底层上的从下到上依次排列的高折射率缓冲层、高折射率介质层、低折射率介质层、位于低折射率介质层上从左到右依次排列的高折射率介质区、低折射率介质区和高折射率介质区、以及包层；所述结构中高折射率介质层上表面的宽度与低折射率介质层下表面的宽度相等；位于低折射率介质层上的高折射率介质区、低折射率介质区和高折射率介质区共同构成的区域的下表面的宽度与低折射率介质层上表面的宽度相等；高折射率缓冲层的高度为所传输光信号的波长的0.006-0.06倍；高折射率介质层的上、下表面的宽度为所传输光信号的波长的0.1-0.3倍，高折射率介质层的高度为所传输光信号的波长的0.03-0.1倍；低折射率介质层的高度为所传输光信号的波长的0.006-0.06倍，低折射率介质层的上、下表面的宽度为所传输光信号的波长的0.1-0.3倍；位于低折射率介质层上的两个高折射率介质区和低折射率介质区的高度相等，且其高度为所传输光信号的波长的0.07-0.22倍，低折射率介质区和高折射率介质区共同构成的区域的上、下表面的宽度为所传输光信号的波长的0.1-0.3倍；低折射率介质区的上、下表面的宽度为所传输光信号的波长的0.006-0.06倍，且小于低折射率介质层的宽度；位于基底层上的高折射率缓冲层、高折射率介质层以及两 个高折射率介质区的材料为相同或不同材料，且四者的材料折射率均高于基底层、低折射率介质层以及包层的材料折射率，基底层、低折射率介质层和包层的材料为相同材料或不同材料，基底层、低折射率介质层和包层的材料折射率的最大值与高折射率缓冲层、高折射率介质层以及两个高折射率介质区的材料折射率的最小值的比值小于0.75。 

所述光波导结构中位于低折射率介质层上从左到右依次排列的高折射率介质区、低折射率介质区和高折射率介质区共同构成的区域的截面的外轮廓形状为矩形、或梯形中的任何一种。 

所述光波导结构中高折射率介质层和低折射率介质层的截面的外轮廓形状为矩形、或梯形中的任何一种。 

本发明的介质狭缝光波导具有以下优点： 

1.所提介质狭缝光波导基于的是传统硅波导和垂直介质狭缝波导的耦合，可在形成的倒“T”字形低折射率狭缝区域内对两种偏振的光实现较强的模场限制。 

2.通过结构尺寸的调整可以对该波导所支持的两种模式特性进行有效调控，实现正、负双折射或零双折射等多种特性 

3.所提介质狭缝波导可用现有成熟的硅基加工工艺实现，并可在此基础上构建各类集成光子器件，此外还可在非线性、光调制、光镊等领域中产生应用。 

附图说明