[发明专利]一种光子集成电路中双领结金属纳米光学天线

说明书

本发明公开了一种光子集成电路中双领结金属纳米光学天线，包括设于衬底上表面的介质波导，所述介质波导上表面设有横向和纵向两对金属正三棱柱，两对金属正三棱柱互相垂直，每对金属正三棱柱围绕介质波导上表面中心呈领结结构。本发明的天线结构在光子集成电路中具有共振波长由横向领结结构调谐，最大局域电场强度处波长由纵向领结结构调谐的特点。

技术领域

本发明涉及光子集成电路和纳米光学天线技术领域，特别是涉及一种光子集成电路中双领结金属纳米光学天线。

背景技术

无源光子集成电路所集成的器件是无源光器件，普遍采用平面光波导技术。光波导是一种能够将光限制在其内部或其表面附近，引导光波沿着确定的方向传播的导光通路。当光在波导内传输且发生全反射时，会在两种不同介质的分界面上产生一种其幅值随与分界面相垂直深度的增大而呈指数形式衰减，而随切向方向改变相位的电磁波，又叫消逝波。

金属纳米天线由金属纳米结构构成，利用金属纳米颗粒的独特性进行传播场与局域场的相互转换，即当入射光与金属纳米颗粒相互作用时，金属表面的自由电子产生局域振荡，当电子的振荡频率与入射光波的频率一致时，会形成表面等离激元(LocalizedSurface Plasmons,LSPs)共振，即使一个很小的入射光场也可以引起很大的共振，进而使得能量被束缚在金属表面附近。共振的频率与电子密度、电子的有效质量、天线的尺寸和形状等因素有关。

现有光子集成电路对LSPs共振的研究重点是以共振波长为核心的光谱检测或者用于生物传感的近场增强，也即，现有技术仅能实现对共振波长的调谐。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种光子集成电路中双领结金属纳米光学天线，能够实现对共振波长和最大局域电场强度处波长的调谐，共振波长由横向领结结构调谐，最大局域电场强度处波长由纵向领结结构调谐。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的光子集成电路中双领结金属纳米光学天线，包括设于衬底上表面的介质波导，所述介质波导上表面设有横向和纵向两对金属正三棱柱，两对金属正三棱柱互相垂直，每对金属正三棱柱围绕介质波导上表面中心呈领结结构。

进一步，所述衬底的折射率小于介质波导的折射率。这样可以增强波导对光的束缚效果。

进一步，所述金属正三棱柱的边长范围为0.16λ-0.2λ，λ为工作波长。这样更容易激发金属正三棱柱的局域表面等离激元共振效应，使天线与波导之间的耦合更强。

进一步，所述金属正三棱柱由贵金属材料构成。因为金、银等贵金属的介电常数在可见光及近红外光波段内，更容易满足局域表面等离激元共振的条件。

进一步，所述介质波导的材料为Si₃N₄。

进一步，所述介质波导的规格尺寸为3μm×1μm×0.1μm。

进一步，所述衬底的材料为玻璃介质。

进一步，所述衬底的规格尺寸为3μm×3μm×0.6μm。

进一步，所述金属正三棱柱的厚度为46nm。

进一步，所述每对金属正三棱柱中，两个金属正三棱柱之间的间隔为50nm。

有益效果：本发明公开了一种光子集成电路中双领结金属纳米光学天线，介质波导上表面设有横向和纵向两对金属正三棱柱，两对金属正三棱柱相互垂直，每对金属正三棱柱围绕波导上表面中心呈领结结构，这种天线结构在光子集成电路中具有共振波长由横向领结结构调谐，最大局域电场强度处波长由纵向领结结构调谐的特点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中天线的三维结构示意图；