[发明专利]光学谐振器

说明书

技术领域

本申请涉及光电子器件/激光领域，尤其涉及一种光学谐振器。

背景技术

由于谐振器结构可应用于高性能量子光学器件、光学传感器和低能量损耗的光电器件中，因此，谐振器结构的研究在近年得到了迅速发展，各种谐振器结构也如雨后春笋般出现，如光子晶体谐振器和介质盘谐振器等。这些谐振器虽然表现出较好的性能，但无法突破衍射极限尺寸限制，无法实现器件的小型化。

已有研究尝试将表面等离子激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)应用到谐振器结构上。表面等离子激元是由光和金属表面自由电子的相互作用引起的一种电磁波模式，它局限于金属与介质界面附近，能形成增强近场。在等离子体器件中，这些较强的局域场在纳米光电子领域有显著应用，如表面增强拉曼波普学，光化学及光生物传感器等。传统光学器件受到衍射极限的制约，其尺度的微小化和集成度受到限制，但是表面等离子激元的特征可以很好地突破衍射极限，为制造基于表面等离子激元的集成光路应用于高速光通讯提供了可能。

图1为一种等离子体回音壁模式谐振器，该谐振器结构有较小的模式体积。该谐振器包括硫化镉101、氟化镁层102和银衬底103。在银衬底上沉积厚度为5nm的氟化镁102作为低折射率介质层，高折射率介质层硫化镉101为长方体结构，其平行于银衬底103的截面为长方形结构，该长方形结构的长和宽均为1000nm，厚度为45nm。对该谐振器照射激光，硫化镉101受激光泵浦而发光，银衬底103与硫化镉101之间产生表面等离子体，从而将硫化镉101发出的光限制在5nm厚的氟化镁层102内。该谐振器通过利用表面等离子体技术，缩小了体积，有利于大幅扩大光通信的通信容量及电路光化。

然而，上述等离子体回音壁模式谐振器中，高折射率介质层硫化镉101为长方体结构，其平行于银衬底103的截面为长方形结构，且是一种直线纳米线结构，尺寸在微米量级，体积较大，如果运用在集成光学系统中，不利于器件的小型化。

发明内容

根据本申请的第一方面，本申请提供一种光学谐振器,包括金属层和高折射率介质层，高折射率介质层的材料为能产生表面等离子体的材料，其特征在于，金属层形成在高折射率介质层之上，金属层平行于高折射率介质层的横截面为环形，金属层最靠近高折射率介质层的横截面落在高折射率介质层所形成的范围之内。

该光学谐振器还包括形成于金属层与高折射率介质层之间的低折射率介质层，低折射率介质层为能产生表面等离子体的材料，金属层最靠近低折射率介质层的横截面落在低折射率介质层所形成的范围之内。

低折射率介质层的折射率小于高折射率介质层的折射率。

金属层的环壁在垂直于高折射率介质层方向上的竖直截面为圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形、六角形和梯形中的任意一种。

金属层平行于高折射率介质层的横截面的形状为圆形环、椭圆形环、六角形环、正方形环、矩形环、梯形环和三角形环中的任意一种。

金属层的材料为硫化镉、氧化锌、氮化镓、锑化镓、硒化镉和硫化锌中的任意一种。

高折射率介质层的材料为能产生表面等离子体的金、银、铝、铜、钛、镍和铬中的任意一种，或是上述不同金属构成的复合材料。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种光学谐振器,包括金属层和高折射率介质层，高折射率介质层的材料为能产生表面等离子体的材料，高折射率介质层形成在金属层之上，高折射率介质层平行于金属层的横截面为环形，高折射率介质层最靠近金属层的横截面落在金属层所形成的范围之内。

该光学谐振器还包括形成于金属层与高折射率介质层之间的低折射率介质层，低折射率介质层为能产生表面等离子体的材料，高折射率介质层最靠近低折射率介质层的横截面落在低折射率介质层所形成的范围之内。

低折射率介质层的折射率小于增益介质的折射率。

高折射率介质层的环壁在垂直于金属层方向上的竖直截面为圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形、六角形和梯形中的任意一种。

高折射率介质层平行于金属层的横截面的形状为圆形环、椭圆形环、六角形环、正方形环、矩形环、梯形环和三角形环中的任意一种。

高折射率介质层的材料为硫化镉、氧化锌、氮化镓、锑化镓、硒化镉和硫化锌中的任意一种。

金属层的材料为能产生表面等离子体的金、银、铝、铜、钛、镍和铬中的任意一种，或是上述不同金属构成的复合材料。