[发明专利]基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器

说明书

本发明提供一种基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器，包括衬底层，在衬底层上设置有相互平行的第一金属纳米条、第二金属纳米条和第三金属纳米条，至少在第一金属纳米条与第二金属纳米条之间的第一狭缝以及第二金属纳米条与第三金属纳米条之间的第二狭缝内填充有电光聚合物层；输入波导将输入的光信号传输至第一狭缝和第二狭缝，激发出表面等离子体激元，表面等离子体激元沿着金属纳米组合与电光聚合物层的交界面传播，电信号在被施加到电光聚合物层上后交界面的有效折射率发生变化，从而改变表面等离子体激元的传播条件，对应地表面等离子体激元在输出波导耦合输出的光信号也发生变化，从而实现高速高带宽电光调制。

技术领域

本发明属于电光调制领域，具体涉及一种基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器。

背景技术

光模数转换器等光电器件，现在因为体积、功耗较大等原因，无法大规模实际应用，需要对其小型微系统化进行研究。光电系统的集成是分立器件的集成，因此需要研究每个分立器件的设计和制作。目前光模数转换器系统中，电光调制器通常属于硅基光子器件，其基于自由载流子色散效应的硅基对光信号进行调制，但是受到载流子效应的影响，这种电光调制器的驱动功率较大，往往需要几百毫瓦，并且引起的光功率损耗也很大，只能针对光功率大的光信号进行调制，因而传统的电光调制器存在能耗较大且调制带宽较窄、调制效率较低的问题。

发明内容

本发明提供一种基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器，以解决目前电光调制器存在的能耗较大且调制带宽较窄、调制效率较低的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器，包括衬底层，在所述衬底层上设置有金属纳米条组合，所述金属纳米条组合包括相互平行的第一金属纳米条、第二金属纳米条和第三金属纳米条，至少在所述第一金属纳米条与第二金属纳米条之间的第一狭缝以及所述第二金属纳米条与第三金属纳米条之间的第二狭缝内填充有电光聚合物层，所述电光聚合物层与电信号连接，在所述金属纳米条组合的一端设置有输入波导，另一端设置有输出波导，所述输入波导和输出波导的尖端结构与所述金属纳米条组合对应的端结构相对并匹配；

所述输入波导用于输入光信号，所述光信号通过所述尖端结构被传输至所述第一狭缝和第二狭缝，激发出表面等离子体激元，所述表面等离子体激元沿着金属纳米条组合与所述电光聚合物层的交界面传播，所述电信号在被施加到所述电光聚合物层上后所述交界面的有效折射率发生变化，从而改变所述表面等离子体激元的传播条件，对应地所述表面等离子体激元在所述输出波导耦合输出的光信号也发生变化，从而实现所述光信号的电光调制。

在一种可选的实现方式中，所述尖端结构为等腰三角柱体或等腰梯形柱体，所述等腰三角柱体或等腰梯形柱体的等腰对称线与所述第二金属纳米条的横向中心线对齐，且等腰面上设置有竖直向下的光栅，所述等腰梯形柱体还在其短边面上设置有竖直向下的光栅。

在另一种可选的实现方式中，所述输入波导和输出波导对应设置在第二金属纳米条的两端，并与第二金属纳米条之间的距离小于100nm。

在另一种可选的实现方式中，所述第一狭缝和第二狭缝的宽度取50nm～100nm之间的任意值。

在另一种可选的实现方式中，所述金属纳米条组合、输入波导和输出波导设置在SOI层内，所述SOI层位于所述衬底层上。

在另一种可选的实现方式中，各个金属纳米条都选用金属Au或Ag制成。

在另一种可选的实现方式中，各个金属纳米条与衬底层之间设置有金属钛层。

本发明的有益效果是：