【摘要】：全光二極管是集成光子回路上最基本的光子器件,如何有效增強(qiáng)全光二極管的單向透射性,提高消光比一直是學(xué)者們研究的重點(diǎn).當(dāng)前,利用表面等離極化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)和復(fù)合衍射衰逝波(composite diffracted evanescent wave,CDEW)的亞波長(zhǎng)金屬微納結(jié)構(gòu)構(gòu)建全光二極管器件還鮮有研究.因此,開(kāi)發(fā)出一種可調(diào)制的全光二極管,對(duì)未來(lái)制備復(fù)雜的光子回路具有重要意義.本文提出了一種基于SPPs-CDEW混合模式設(shè)計(jì)全光二極管的方法和結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)結(jié)合納米縫中的類法布里-珀羅共振效應(yīng),利用結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)SPPs進(jìn)行調(diào)控,實(shí)現(xiàn)了光束單向透過(guò)的功能.首先,利用理論推導(dǎo)和有限元算法分析了單縫-對(duì)稱雙凹槽納米結(jié)構(gòu)的透射增強(qiáng)現(xiàn)象,提出了透射增強(qiáng)和削弱的物理機(jī)理.其次,計(jì)算出規(guī)約化透射率隨單狹縫和凹槽對(duì)之間距離變化的遠(yuǎn)場(chǎng)透射譜,給出的理論和數(shù)值計(jì)算結(jié)果符合得很好.最后,通過(guò)此透射譜精確確定凹槽的位置和數(shù)量,得出上表面對(duì)稱分布五對(duì)增強(qiáng)透射凹槽、下表面六對(duì)抑制透射凹槽的最優(yōu)全光二極管結(jié)構(gòu),有效增強(qiáng)了全光二極管的單向透射性,提高了消光比,最大消光比可以達(dá)到38.3 dB,即正向透射率是反向透射率的6761倍,比已有文獻(xiàn)提高了14.6 dB,并在850 nm左右有70 nm寬的工作波長(zhǎng)帶寬(20 dB).本文提出的光二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,寬帶寬工作,易于集成,耦合效率高,研究結(jié)果對(duì)光學(xué)信號(hào)傳輸、集成光回路、超分辨率光刻等相關(guān)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值.
[Abstract]:All-optical diodes are the most basic photonic devices in integrated photonic circuits. How to effectively enhance the one-way transmission of all-optical diodes and improve extinction ratio has been the focus of scholars. At present, there are few studies on the fabrication of all-photodiode devices with subwavelength metal microstructures using (surface plasmon polaritons,SPPs) and (composite diffracted evanescent wave,CDEW). Therefore, the development of a modulable all-light diode is of great significance for the fabrication of complex photonic circuits in the future. In this paper, a design method and structure of all-light diodes based on SPPs-CDEW hybrid mode is proposed. The structure combines Fabry-Perot resonance effect in nano-cracks and uses structural parameters to regulate SPPs. The function of unidirectional beam transmission is realized. Firstly, the transmission enhancement of single-slit symmetric double-groove nanostructures is analyzed by theoretical derivation and finite element method, and the physical mechanism of transmission enhancement and weakening is proposed. Secondly, the far-field transmission spectrum with the variation of the distance between single slit and groove pair is calculated, and the theoretical and numerical results are in good agreement. Finally, the position and quantity of the grooves are determined accurately by the transmission spectrum. Five pairs of enhanced transmission grooves on the upper surface and six pairs on the lower surface are obtained. The unidirectional transmittance of all-light diodes is effectively enhanced, and the extinction ratio is increased. The maximum extinction ratio can reach 38.3 dB, that is, the forward transmittance is 6761 times of the reverse transmittance, which is 14.6 dB, higher than the previous literature. And working wavelength bandwidth of about 70 nm wide (20 dB).) at 850 nm The proposed photodiode has the advantages of simple structure, wide bandwidth, easy integration and high coupling efficiency. The research results have potential application value in optical signal transmission, integrated optical circuit, super-resolution lithography and other related fields.
【作者單位】： 西北師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院;蘭州理工大學(xué)理學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):61367005,41461078)資助的課題~~
【分類號(hào)】：TN31

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本文編號(hào)：2344073