雜化等離激元光波導研究取得新進展

“介觀光學與飛秒光物理”基金委創新研究群體龔旗煌院士研究組，在雜化等離激元光波導研究中取得新進展。研究論文于近期發表在光學領域重要期刊Laser & Photonics Reviews上 (Yusheng Bian and Qihuang Gong*, "Deep-subwavelength light confinement and transport in hybrid dielectric-loaded metal wedges," Laser & Photonics Reviews 8(4), 549-561 (2014))，并被選為同期的Back Cover文章。論文的第一作者為博士後卞宇生。

雜化型等離激元光波導作為表面等離激元光子器件領域的一個重要分支，以其極低的傳輸損耗、納米尺度的光場限制能力、較小的波導間交叉串擾、以及寬頻帶工作特性等諸多優勢，獲得了研究人員的高度關注。近年來得到廣泛研究的傳統雜化型波導所支持的等離激元模式，均源于介質納米線導波模式和平闆金屬-介質界面的表面等離激元之間的耦合。因受一維表面等離激元場強限制能力的制約，傳統雜化型等離激元模式對光場的束縛水平依然有限。如何進一步提升雜化型波導的模場約束能力、同時實現低損耗的等離激元模式傳輸，是該領域亟需解決的關鍵問題。

研究論文通過将雜化型等離激元導波結構與楔形金屬、介質加載等波導概念相融合，提出了一系列兼具深亞波長光場束縛能力和低傳輸損耗特性的雜化楔形介質加載等離激元光波導。得益于具備強光場束縛能力的邊角等離激元模式與介質導波模式的高效耦合，所獲得的雜化楔形等離激元模式可在維持相似傳輸距離的前提下，将傳統雜化等離激元的模場面積壓縮1個數量級以上，并将波導的品質因子提高近十倍，同時顯著提升低折射率縫隙區域的光場限制水平和局域場增強效應。研究表明，該類波導還能實現比傳統雜化波導更低的交叉串擾，并對實際加工中可能産生的誤差具有較高的容忍度。本論文研究的新型雜化楔形介質加載波導結構在納米激光器、高性能無源集成光子器件和超高密度集成光子回路等領域具備良好的應用前景。

上述工作得到國家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、青年科學基金以及博士後科學基金的資助。