等腰三角形与窄的波导壁相连，三角形的顶角大小此处取的是11.3度，但这并不是必须的，在不同波长、不同宽度下可以调整，分束处外侧壁与中心的三角形平行。
[0063]图5d的波导结构实施例可参考图5a的波导结构实施例结构，经过扩束之后两个向相反方向90度拐弯的结构并在一起即构成向两端180度分束的最佳结构。
[0064]图5e的波导结构实施例中，表面等离激元波导结构由入口 a开始，之后在b处进行扩束，扩束之后经过一段较宽的传播距离再进行分束，分束的中心处c是一个等腰直角三角形，在分束的中心处c的两侧，波导进行分束，分束后，在转弯处沟槽3的外侧金属墙2的内壁，分别经过3个135度的钝角转弯，而在转弯处沟槽3的内侧金属墙2的内壁则是一个180度的圆弧，经过转弯处之后便进入分束后的波导，最后在出口 d结束，位于入口 a和出口 d附近的表面等离激元波导结构互相平行，进而整个图5e的波导结构实施例形成了最佳的360度光分束器的表面等离激元波导结构。
[0065]图6a为本发明的表面等离激元波导中电场分布截面示意图，图中的白线是金属壁的边界，在整个区域中的电场强度的大小由黑白程度来表示。从图6a中可以看出，位于波导中心处，即位于沟槽3中金属衬底1的中心处电场强度最大，从波导中心向金属墙2的方向以及向金属衬底1表面向外延伸方向，电场强度迅速衰减。由于金属墙2对表面等离激元有着很大的反射率，因此可以将电场限制于波导中而避免横向外泄的损耗。
[0066]图6b为本发明的表面等离激元波导实现90度转弯时的电场强度分布示意图，图6c为本发明的表面等离激元波导实现180度转弯时的电场强度分布示意图。从图6b和图6c中可以看出，本发明的表面等离激元波导利用金属对表面等离激元的反射可以实现大角度的转弯，并且，在进行大角度转弯的时候，转弯半径可以保持很小；例如当工作波长为800nm时，在转弯半径小至200nm的情况下，仍然可以实现90度和180度的转弯，并保持70%以上的能量透过率。并且在整个表面等离激元波导中，沿波导传播方向几乎没有衰减，在转弯处电场的能量损失很小，转弯处电场的能量透过率很高，且反射率很小。
[0067]图7a为本发明的表面等离激元波导用于光分束器的电场强度分布图，图7b为本发明的表面等离激元波导用于180度光分束器的电场强度分布图，图7c为本发明的表面等离激兀波导用于360度光分束器的电场强度分布图。从图7a、图7b和图7c中可以看出，本发明的表面等离激元波导用于各种光分束器时，在分束后的子波导中均可产生沿波导传播方向几乎没有衰减的电场分布。
[0068]从图6a、图6b、图6c、图7a、图7b和图7c中可以看出，采用本发明的表面等离激元波导，可实现表面等离激元的高透过率的传播。本发明的表面等离激元波导中:对于具有直线结构的表面等离激元波导，表面等离激元沿波导传播方向几乎没有衰减，传播损耗小；对于具有转弯结构表面等离激元波导，可使得表面等离激元传播时的转弯半径可以很小且转弯角度可以很大。这是其他现有的表面等离激元波导结构无法实现的。同时，对于本发明中的光分束器的表面等离激元波导结构来说，在各种分束的情况下可以使得不同波导之间保持很小的间隔时仍然避免串扰，例如工作波长为800nm时波导间隔为200nm，同时在进行大角度分束时只需占用非常小的转弯面积即可使得表面等离激元的分束角度比采用其它现有的光分束器的分束角度更大。
[0069]本发明的表面等离激元波导结构简单，可以使用本领域中常用的方法进行制备，例如模板法或者模板剥离法(Xinli Zhu, Yang Zhang, Jiasen Zhang, Jun Xu, Yue Ma, ZhiyuanLi and Dapeng Yu, Advanced Materials22 (39), 4345-4349 (2010))等。
[0070]本发明的表面等离激元波导，由于金属墙的约束，在金属墙之间的沟槽中形成金属墙到金属墙的横向局域性的电磁场，进而将表面等离激元约束于2个金属墙之间的金属衬底中，并沿着平行于沟槽的延伸方向传播。并且，本发明中，金属墙的宽度大于表面等离激元穿透深度4倍时(约100纳米)，可以忽略波导间的串扰。由于金属墙本身对表面等离激元有着很大的反射率，因此不需要全内反射，进而本发明利用这种金属对表面等离激元的反射实现了表面等离激元的小半径大角度转弯传播以及在光分束器中的应用。
[0071]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1.一种表面等离激元波导，其特征在于，包括: 金属衬底，以及位于所述衬底上的且相互平行的至少2个金属墙； 所述金属墙之间形成沟槽，使得表面等离激元在所述沟槽底部的金属衬底表面沿着所述沟槽的延伸方向传播。2.根据权利要求1所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述表面等离激元波导还包括: 位于所述金属衬底表面和金属墙表面的介质层。3.根据权利要求1所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属墙之间的沟槽宽度大于所述表面等离激元等效波长的一半。4.根据权利要求1所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属墙的高度大于等于 50nmo5.根据权利要求1所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属墙的厚度大于等于所述表面等离激元在该金属墙中穿透深度的4倍。6.根据权利要求5所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属墙的厚度大于等于 10nm07.根据权利要求1至6任一项所述的表面等离激元波导，其特征在于:在工作波长下，所述金属衬底和金属墙材料的介电常数的实部小于零。8.根据权利要求7所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属衬底材料和金属墙材料相同或者不同。9.根据权利要求7所述的表面等离激元波导，其特征在于: 所述金属墙材料由一种材料构成； 或者，所述金属墙材料由叠加的至少两种材料层构成。10.根据权利要求7所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述金属衬底和金属墙的材料包括金、银、铝中至少I种金属或者至少2种金属的合金。11.根据权利要求2所述的表面等离激元波导，其特征在于: 所述介质层材料的介电常数实部大于零，且所述介质层材料的介电常数实部的绝对值小于所述金属衬底和金属墙材料介电常数实部的绝对值。12.根据权利要求11所述的表面等离激元波导，其特征在于，所述介质层材料包括空气、水、二氧化硅和/或硅。13.根据权利要求1至6任一项所述的表面等离激元波导，其特征在于: 位于所述沟槽两侧的金属墙侧壁在所述金属衬底表面呈直线延伸；或者 位于所述沟槽两侧的金属墙侧壁在所述金属衬底表面呈折线延伸；或者 位于所述沟槽两侧的金属墙侧壁在所述金属衬底表面呈曲线延伸；或者 位于所述沟槽两侧的金属墙侧壁在所述金属衬底表面呈直线、折线和曲线相结合形式延伸。
【专利摘要】本发明公开了一种表面等离激元波导，包括：金属衬底，以及位于所述衬底上的且相互平行的至少2个金属墙；所述金属墙之间形成沟槽，使得表面等离激元在所述沟槽底部的金属衬底表面沿着所述沟槽的延伸方向传播。本发明中，由于金属衬底表面金属墙的存在进而能够在金属墙之间的沟槽中形成金属墙到金属墙的横向局域性的电磁场，限制表面等离激元向金属墙外的传播，使得表面等离激元仅能够在两个金属墙之间沿着金属衬底和介质层的界面上沿着平行于金属壁的方向传播。本发明中，由于金属墙对波导中的表面等离激元有着很好的局域效果，即使两个波导间隔很小也可以避免波导间的串扰。本发明实现了表面等离激元的小半径大角度转弯传播以及在光分束器中的应用。
【IPC分类】G02B6/122
【公开号】CN105334573
【申请号】CN201410279849
【发明人】张家森, 胡闯, 徐亮, 金勇 , 朴硏相
【申请人】北京三星通信技术研究有限公司, 北京大学, 三星电子株式会社
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年6月20日