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低损耗金属包覆型硅基杂化等离激元光波导

 “介观光学与飞秒光物理”基金委创新研究群体龚旗煌教授研究组,在低损耗表面等离激元光波导的研究中取得新进展。研究论文于2013年8月10日发表在国际期刊Applied Optics上,文章图片被选为杂志封面。(Yusheng Bian and Qihuang Gong, Low-loss hybrid plasmonic modes guided by metal-coated dielectric wedges for subwavelength light confinement, Applied Optics, 52, 5733-5741 (2013))。论文的第一作者为博士后卞宇生。

  表面等离激元微纳波导由于其所具备的亚波长光场限制能力、突破衍射极限以及可同时传输光电讯号、可调控等诸多优势,被视为实现超高密度集成光子芯片的关键技术发展方向,近年来获得了国内外专家学者的高度关注。然而,现有大多数能实现亚波长光场束缚的金属基微纳波导均有相对较高的传输损耗,这极大的制约了其在集成光子器件中的广泛应用。因此,如何有效平衡传统金属波导中光场束缚能力和传输损耗之间的矛盾,实现亚波长尺度下的长距离传输,一直是表面等离激元波导研究领域亟待解决的关键问题。

  该研究论文提出并研究了一种可同时支持两种低损耗等离激元模式传输的亚波长金属包覆型硅基杂化光波导。该结构所支持的横电偏振杂化等离激元模式可实现通信波段下数十至百微米的传输距离,且具备亚波长乃至深亚波长的光场束缚能力,与此同时还能在金属层与硅基底之间的纳米级介质缝隙区域内实现对光场的有效限制并获得显著的局域场增强效应。研究表明,利用该金属包覆型硅基波导代替传统杂化型结构,可将相邻波导之间的耦合长度提升一个数量级以上,从而显著降低波导之间的交叉串扰,进而有益于大幅度提高光子芯片的集成度。论文所研究的金属包覆型硅基结构,除可用于构建各类超紧凑集成光子器件以外,还有望在亚波长尺度光操控、纳米聚焦、高灵敏度传感以及非线性信号处理等诸多领域获得潜在应用。

    研究工作得到国家973项目、国家自然科学基金委“创新研究群体”、介观物理国家重点实验室以及博士后科学基金的资助。

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