矽基混合納米等離子光波導與器件及可調控性研究

《矽基混合納米等離子光波導與器件及可調控性研究》是依託浙江大學，由戴道鋅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽基混合納米等離子光波導與器件及可調控性研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：戴道鋅
• 項目類別：面上項目

項目摘要

如何獲得超高集成度納米光子器件並使之具有可調控性是光集成領域關鍵問題。隨著光互連的發展，這個問題顯得尤為緊迫。申請人提出了一種矽基混合納米等離子米光波導，具有低損耗、小尺寸、易調控等優點，為之提供了一條有效途徑。本項目擬圍繞矽基混合納米等離子光波導與器件及可調控性研究的主題，具體開展：（1）低損耗矽基混合納米等離子光波導中光場局域化等物理行為效應研究；（2）矽基混合納米等離子集成光子功能器件及其熱光/電光可調控性研究；（3）矽基混合納米等離子光波導器件製備工藝和測試表征研究。著重解決混合納米等離子光波導損耗問題、高效率熱光/電光調控問題等。研製出特徵尺寸10~100nm的低損耗新型矽基混合納米等離子光波導、尺寸為μm^2量級的超高集成度納米光子無源器件、以及具有熱光/電光調控功能的有源集成光子 器件等，為實現納米光電子集成提供理論依據和實驗基礎。

結題摘要

如何獲得超高集成度光子器件並使之具有可調控性是光集成領域關鍵問題。普通矽納米光波導雖能獲得亞微米尺度光場約束，但仍未突破光學衍射極限。 本項目採用所提出的矽基混合表面電漿納米光波導為解決這個問題提供了一條有效途徑。針對超高集成度和可調控性重大需求，在超小型偏振調控器件、熱光/電光調控器件、光熱效應及探測器等方面取得了一系列重要進展，在Nanophotonics、Optics Letters、Scientific Reports等本領域權威期刊發表論文15篇。 主要研究內容、重要結果、關鍵數據及其科學意義闡述如下。 （1） 基於矽基混合納米等離子光波導，提出並研製了基於光柵結構的超小型光學起偏器件，並利用其TE/TM偏振模場具有空間分離的特點，構建了尺寸僅為1.8 × 2.5 μm2的偏振分束器（目前報導的最小PBS器件）。 （2） 提出了一種新型矽基石墨烯混合表面電漿納米光波導，並對其損耗、光場局域化、電光調製等進行了深入研究，繼而構建了一種波導寬度僅100nm、長度僅150nm的超小型電光調製器，其插損約0.7dB，消光比超過10dB；構建了一種基於非對稱耦合結構的電光開關，其長度僅1.2μm，消光比高達24dB。為實現可調諧/可切換中紅外光子集成器件提供了一種方案。 （3） 基於矽基混合表面等離子光波導，提出並成功研製出一種光熱效應的超小型光探測器，並與橋式電路單片集成。該探測器長度僅為~3微米，是目標報導的最小尺寸，並易於陣列化。工作於2V偏壓時其回響度為17.7 mV/mW。其工作波長可以覆蓋1.2-6μm的超大範圍，對於未來發展中紅外矽基片上光感測集成系統具有重要套用價值。 應邀在Photonics West 2014等重要國際會議作特邀報告8次，並在《Materials》等發表特邀論文。4篇論文入選了2014年美國光學學會《Optics Letters》公布的最近兩年集成光學領域20篇Top Downloaded Articles。成果被SPIE Newsroom以“Integrated circuits with silicon hybrid plasmonic waveguides”為題進行了專文介紹（http://spie.org/x110609.xml），項目組2名博士生獲2014年亞洲光纖通信與光電國際會議（ACP）最佳學生論文獎。