基于周期性光栅结构的表面等离激元探测

发布时间：2021-11-16 14:15

　　表面等离激元具有突破光学衍射极限、局域场增强等特点,有望代替电子和光子作为信号载体,综合光学系统的高带宽特性与电子系统的紧凑性,构建新一代高速、高集成化的光电集成电路。为了有效探测表面等离激元,基于时域有限差分法提出一种基于周期性光栅的平面型表面等离激元探测结构模型,其中包括耦合光栅、条形波导以及探测光栅。首先简要阐述了探测结构的工作原理,并建立了工作在670,1 310和1 550 nm波段的仿真模型;同时研究等离激元耦合效率随入射光偏振角度的变化以及等离激元吸收率与波导长度的关系;最后实验制备了相应的表面等离激元探测结构。结果表明:表面等离激元的耦合效率与偏振角度成余弦平方关系;在670 nm波段,吸收率在波导长度为5μm的条件下为4.3%,衰减长度为17.1μm,与表面等离激元传播长度的理论值17.5μm基本吻合;实验测得的光电流随偏振角度的变化趋势与仿真的吸收率变化趋势一致,证实了上述模型能够实现对表面等离激元的有效探测。所提出的表面等离激元探测结构模型为将来高速、集成化的新型光电集成电路提供了理论和实验基础。 

【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

等离激元探测结构的仿真模型

需要指出的是,利用时域有限差分法对上述探测结构进行仿真计算时,主要研究探测结构的光学特性,因而定义由探测光栅引起的散射进入硅基底的光功率与入射光功率的比值为等离激元的吸收率γ,以η作为衡量该结构探测性能的参数。图2(a)中的空心方形曲线代表等离激元的吸收率,其变化趋势与耦合效率一致,吸收率在670 nm处达到最高值4.3%。图2 670 nm波段仿真结果

670 nm波段仿真结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]像素级光学滤波-探测集成器件的研究进展[J]. 余晓畅,赵建村,虞益挺.  光学精密工程. 2019(05)
[2]基于等离激元热电子效应的光电晶体管制备及其特性[J]. 陈广甸,翟雨生,李裕培,王琦龙.  光学精密工程. 2018(03)



本文编号：3499048