[发明专利]一种表面等离子波信号放大器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离子波技术领域，特别涉及一种表面等离子波信号放大器及其制作方法。

背景技术

SP（Surface Plasmon，表面等离子）波是在金属和介质表面传播的一种非辐射电磁波，是纳光子学的重要研究领域。利用SP波的性质，可以实现亚波长尺度的光子学器件，突破传统集成光电子技术的限制，在未来高速通信系统、集成光子信息处理系统、新型生物光子学传感器等领域有广阔的应用前景。

但由于金属中的欧姆效应，SP波传输中有很强的损耗，即使采用了长程SPP（Surface Plasmon Polariton，表面等离子激元）波导技术，在可见光波段，传播长度仍只有几微米。这就需要一种可集成在SP波导中的SP波信号放大器。目前尚无可靠的表面等离子波的数字信号放大技术，现有的增益补偿法属于模拟放大，会使信号和噪声同时被放大。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种表面等离子波信号放大器及其制作方法，以克服现有技术中SP波传播长度短的缺陷。本发明是一种阈值放大器，能够有效的实现表面等离子波的数字信号放大，且具有fs级的响应时间、THz级的带宽和多波长工作能力。

为达到上述目的，本发明提供一种表面等离子波信号放大器，所述放大器包括基底（1）、金属层（2）和沉积介质层（3）；

所述金属层（2）位于所述基底（1）和沉积介质层（3）之间，其顶面与所述沉积介质层（3）的底面连接，底面与所述基底（1）的顶面连接；

所述金属层（2）的顶面开有贯通两侧的波导凹槽，所述波导凹槽的宽度为50~90nm；所述沉积介质层（3）的底面设置有与所述波导凹槽对应的凸起，所述波导凹槽和凸起形成波导（4）；

所述波导（4）的侧壁上开有增益槽，所述增益槽的宽度为1~1.5μm，所述增益槽内填充有增益介质（6）和饱和吸收体（7）；

所述放大器还包括泵浦光发射装置（5），用于发射激发所述增益介质（6）的泵浦光。

其中，所述波导（4）的另一侧壁上可设置有支节结构（8），所述支节结构（8）与所述增益槽相对。

其中，所述金属层（2）的顶面也可设置为谐振环耦合结构（9），所述谐振环耦合结构（9）为圆环结构，由其尺寸决定的特定波长的等离子波可通过所述谐振环耦合结构（9）实现耦合。

其中，作为实施例，所述基底（1）的材料为硅，金属层（2）的材料为银，沉积介质层（3）的材料为二氧化硅、增益介质（6）的材料为若丹明，饱和吸收体的材料为DODCI（二乙基氧杂二羰花青碘化物）。

本发明还提供一种表面等离子波信号放大器的制作方法，所述方法包括以下步骤：

A、在基底上溅射金属层； 

B、在所述金属层上刻蚀增益槽；

C、在所述增益槽内填充增益介质和饱和吸收体；

D、在所述金属层上刻蚀贯通所述金属层两侧的波导凹槽；

E、在所述金属层上沉积介质，形成沉积介质层；

F、安装泵浦光发射装置，向所述增益介质发射泵浦光。

其中，在所述步骤A中，具体包括：采用等离子放电或电子束蒸发法在所述基底上溅射金属层，所述基底的材料为硅，所述金属层的材料为银。

其中，在所述步骤B中，刻蚀工艺采用干法刻蚀，所述增益槽的宽度为1~1.5μm。

其中，在所述步骤C中，具体包括：采用甩胶法在所述增益槽内填充增益介质和饱和吸收体，所述增益介质的材料为若丹明，所述饱和吸收体的材料为DODCI。

其中，在所述步骤E中，具体包括：采用等离子辅助沉积法在所述金属层上沉积介质，形成沉积介质层，所述沉积介质层的材料为二氧化硅。

其中，在所述步骤D中，刻蚀工艺采用电子束曝光法，所述波导凹槽的宽度为50~90nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够对SP波导传输的SP波实现超快信号放大，从而增加了SP波的传播长度。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种表面等离子波信号放大器的结构示意图；

图2是本发明实施例2的一种表面等离子波信号放大器的结构示意图；

图3是本发明实施例3的一种表面等离子波信号放大器的结构示意图；

图4是本发明实施例4的一种表面等离子波信号放大器的制作方法的流程图；

图5是本发明实施例4的制作方法的各步骤对应的产品的状态图。