低損耗金屬包覆型矽基雜化等離激元光波導

“介觀光學與飛秒光物理”基金委創新研究群體龔旗煌教授研究組，在低損耗表面等離激元光波導的研究中取得新進展。研究論文于2013年8月10日發表在國際期刊Applied Optics上，文章圖片被選為雜志封面。(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))。論文的第一作者為博士後卞宇生。

表面等離激元微納波導由于其所具備的亞波長光場限制能力、突破衍射極限以及可同時傳輸光電訊号、可調控等諸多優勢，被視為實現超高密度集成光子芯片的關鍵技術發展方向，近年來獲得了國内外專家學者的高度關注。然而，現有大多數能實現亞波長光場束縛的金屬基微納波導均有相對較高的傳輸損耗，這極大的制約了其在集成光子器件中的廣泛應用。因此，如何有效平衡傳統金屬波導中光場束縛能力和傳輸損耗之間的矛盾，實現亞波長尺度下的長距離傳輸，一直是表面等離激元波導研究領域亟待解決的關鍵問題。

該研究論文提出并研究了一種可同時支持兩種低損耗等離激元模式傳輸的亞波長金屬包覆型矽基雜化光波導。該結構所支持的橫電偏振雜化等離激元模式可實現通信波段下數十至百微米的傳輸距離，且具備亞波長乃至深亞波長的光場束縛能力，與此同時還能在金屬層與矽基底之間的納米級介質縫隙區域内實現對光場的有效限制并獲得顯著的局域場增強效應。研究表明，利用該金屬包覆型矽基波導代替傳統雜化型結構，可将相鄰波導之間的耦合長度提升一個數量級以上，從而顯著降低波導之間的交叉串擾，進而有益于大幅度提高光子芯片的集成度。論文所研究的金屬包覆型矽基結構，除可用于構建各類超緊湊集成光子器件以外，還有望在亞波長尺度光操控、納米聚焦、高靈敏度傳感以及非線性信号處理等諸多領域獲得潛在應用。

研究工作得到國家973項目、國家自然科學基金委“創新研究群體”、介觀物理國家重點實驗室以及博士後科學基金的資助。