[发明专利]纳米级等离子体激元场效应调制器

说明书

等离子体激元器件具有透明导电氧化物(TCO)波导和施加在TCO和金属层之间的用于调制输入光信号的可调整电压。等离子体激元器件包括：衬底；在衬底上的并具有开槽通道的金属层；在金属层上和开槽通道中的介电层；以及在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)。

关于联邦资助的研究或发展的声明

在美国空军授予的FA9550-12-1-0024下由政府支持做出本发明。政府在本发明中具有一定的权利。

领域

本发明涉及等离子体激元波导调制器。更具体地，它涉及纳米级等离子体激元场效应调制器。

背景

在各种应用中例如在计算机网络中使用光调制器。光调制器的一个例子是光子光调制器，其中光信号在传播材料的体积内部传播。

概述

描述了基于透明导电氧化物(TCO)活性区的等离子体激元场效应调制器。TCO材料与等离子体激元波导一起使用来提供具有高动态范围和低波导损耗的等离子体激元波导。

根据第一方面，描述了光调制器，其包括：衬底；在衬底上的金属层，金属层具有开槽通道；在金属层上和开槽通道中的介电层；在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)；以及施加在TCO和金属层之间的可调整电压。

开槽通道包括在金属层的第一边缘处的开槽通道的第一端和在金属层的第二边缘处的开槽通道的第二端。

光输入信号配置成在第一端处被施加到开槽通道，而经调制光信号配置成在第二端处被输出。

开槽通道形成等离子体激元波导，使得施加到开槽通道的第一端的输入光信号从开槽通道的第二端输出。

开槽通道包括实质上垂直于开槽通道延伸的短柱。

开槽通道包括具有第一宽度的区段和具有第二宽度的区段，其中，沟槽的宽度从第一宽度到第二宽度和从第二宽度到第一宽度逐渐变化。

根据第二方面，描述了等离子体激元波导调制器，其包括：由第一金属-介电界面形成的第一积聚层；由第二金属-介电界面形成的第二积聚层，第一积聚层和第二积聚层布置成靠近彼此且彼此间隔开，并使得第一界面的介电层和第二界面的介电层面向彼此；在第一积聚层和第二积聚层之间的透明导电氧化物(TCO)；以及施加在TCO及第一界面和第二界面的金属层之间的可调整电压。

TCO配置成通过将输入光信号限制在开槽通道中来传播输入光信号。

开槽通道包括具有第一宽度的第一区段和具有第二宽度的第二区段。

第一积聚层包括在远离第二积聚层的方向上延伸的第一短柱。

第一短柱形成沿着由第一界面、第二界面和TCO形成的等离子体激元光传播路径的空腔谐振器。

根据第三方面，描述了用于调制光信号的方法，该方法包括：使用等离子体激元波导接收输入光信号，等离子体激元波导包括：在衬底上的金属层，金属层具有开槽通道；在金属层上和开槽通道中的介电层；以及在介电层上和开槽通道中的透明导电氧化物(TCO)；将可调整电压施加在TCO和金属层之间；以及接通和/或断开可调整电压，因而切断和/或传输在开槽通道中的光信号。

传输光信号包括在等离子体激元间隙模式中传播光信号，使得传播的光信号被限制在开槽通道内。

接通和/或断开可调整电压包括以设定的频率重复地接通和/或断开可调整电压。

附图的简要说明

对本发明及其很多伴随的特征和方面的更完整的认识将变得更容易明显，因为当结合附图考虑时本发明通过参考下面的详细描述变得更好理解，其中相似的参考符号指示相似的部件。