[实用新型]一种基于全介质的纳米线光学波导

说明书

本实用新型公开了一种基于全介质的纳米线光学波导，包括介质包层和两个完全相同的介质纳米线，两条纳米线对称地嵌入到包层中，且它们之间存在一个纳米量级的间隙。与传统的介质波导(导光机理是全内反射)不同，本实用新型的全介质纳米线波导的导光机理是电磁场的正交边界条件。因此，全介质纳米线波导可以将光局域在纳米量级的间隙中传播，从而实现了与表面等离子体波导同等程度的深亚波长的模式局域性。全介质纳米线波导不包含金属成分，损耗极低，可以实现与传统介质波导同等量级的超长距离的传输。全介质纳米线波导可以同时获得深亚波长的模式局域性和超长距离的传输，这在本质上实现了突破，大大推动了集成光学的发展。

技术领域

本实用新型属于光纤技术领域，尤其涉及一种基于全介质的纳米线光学波导。

背景技术

在微纳光学领域，在亚波长量级控制和操纵光场是一件十分重要的事情。将光束缚在亚波长量级具有非常广泛的应用，例如可用于光学集成电路、偏振控制器、光学转换和光学传感、电光调制器等等。

表面等离子体是在金属和介质的交界面处传播的一种表面电磁波，它具有两个明显的特征：一是表面等离子体在传播方向上具有比光波更短的波长；二是表面等离子体在与传播方向垂直的方向上是倏逝场。利用表面等离子体可以实现在亚波长量级对光的控制和操纵，从而使得可以突破衍射极限的亚波长的光学波导器件成为可能。但是，由于基于表面等离子体的波导结构中含有金属成分，受欧姆损耗的影响，基于表面等离子体的微纳光学波导的损耗比较大，这对于提高集成光路的稳定性是极其不利的。

传统的介质波导，由于不含有金属成分，损耗比较低。但是，传统的介质波导一般都是基于全内反射原理来实现光的有效传输的，这就不可避免地会受到光的衍射极限的影响，使得器件的尺寸不能够做到很小，这对于提高集成光路的集成度是极其不利的。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种基于全介质的纳米线光学波导，旨在解决现有技术中，不可以在一个波导结构中同时实现亚波长的模式局域性和超长距离传输的问题。

本实用新型提出的一种基于全介质的纳米线光学波导，包括介质包层和两个完全相同的介质纳米线，两个介质纳米线对称地嵌入到介质包层中，且两个介质纳米线之间存在一个纳米量级的间隙。

在上述技术方案中，通过控制介质纳米线的尺寸以及两个介质纳米线之间间隙的大小，可以有效地控制电磁场的分布。

优选地，所述介质包层可以为SiO₂、BK7、BAK1、FK51A等低折射率材料中的任意一种，材料选择灵活。

优选地，所述介质纳米线可以为Si、GaP、GaAs、InP等高折射率材料中的任意一种，材料选择灵活。

优选地，所述纳米线横截面的形状不仅限于圆形，还可以为其他任意形状，如矩形、方形、楔形等。

优选地，电磁场可以被有效地局域在两个介质纳米线之间的间隙处，模式局域性好，易于实现器件的小型化，利于提高集成光路的集成度。

优选地，介质材料的损耗极低，可以实现超长距离的传输，利于提高集成光路的可靠性和稳定性。

优选地，全介质纳米线光学波导是基于电磁场的正交边界条件来实现光的有效传输的，因此，全介质纳米线光学波导可以同时实现深亚波长的模式局域性和超长距离的传播。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：