光纤耦合表面等离子体极化声子激发印Dielectric-Loaded波导

文摘

我们提出光纤耦合dielectric-loaded电浆波导为1.55m电信通过双光子聚合和nanoimprint光刻技术制造的波长。波导结构包括100 -米长的电浆波导连接两端锥形介电波导用于end-fire与光纤耦合。的励磁电浆波导通过polarization-resolved验证测量的总体传播,从而证明这项技术适用于原则为一体的电浆纤维组件。损失机制研究和改进建议,以减少输电损耗,从而提高实际应用的可行性。

1。介绍

光子组件利用表面等离子体极化声子(SPP)模式支持的各种金属电介质配置已经吸引了大量的关注,由于传感和片上数据传输的应用前景[1- - - - - -3),利用相同的金属线路的优势为指导的辐射和控制其指导(4]。然而,一个重要方面是不同配置之间的兼容性。大多数光学系统和光学数据传输网络是光纤,这是特别重要的提供能够互连电浆波导和光纤集成的目的。

在本文中,我们目前plasmonic-optical混合波导制作nanoimprint光刻的主结构由双光子聚合技术。电浆波导互连与锥形介电波导适合end-fire与光纤耦合。的布局结构来源于之前的设计,研究了在一些细节5,6),但并不适合光纤环境由于结构不可能接近纤维足够近的耦合。这弥补了夹杂物的光波导的设计中可以耦合到光纤(图1(一))。

是一个石英玻璃板测量使用的基质毫米。玻璃的折射率为1.44的波长1.55m。在玻璃平板的中心,有一个纵向条纹测量125黄金米和几毫米长,图案使用电子束光刻和发射过程。金层沉积通过蒸发是50 nm厚。波导材料我们使用nanoimprint光刻抵制mr-NIL 6000年由公司微抵制技术GmbH在柏林。1.523聚合物波导的折射率是根据制造商。波导遇到样本在金条纹和一个直角也因此4毫米长。光波导的波导组成部分——和outcoupling dielectric-loaded表面plasmon-polariton波导(DLSPPW) [5,7- - - - - -9100年]部分米长在中间,金层位置。有必要单模波导从纤维到纤维,这地方限制可能我们波导的尺寸。DLSPPW部分有一个矩形为1.55 m截面,单模米光(5,6]。光波导的一个矩形横截面,也使其单模,通过数值模拟(10]。有一个单模光波导是很重要的,因为一个多模波导将造成非常大的损失当耦合到波导单模电浆。两部分之间的锥度是50米长。

样品制作是一个多步骤的过程。在第一步中,波导结构是由two-photon-polymerization捏造(2页)在高光洁度玻璃镜衬底使用定制的ormosil [11)作为一个照片抗拒。2页是一个非常多才多艺的微型和nanopatterning技术(12,13),是唯一合适的技术制造的这些结构由于其几何形状和尺寸。传统的紫外线掩模光刻技术,这将提供必要的分辨率为600 nm,不能处理的三维方面所需的结构和立体光刻技术,虽然能够让3 d结构,它缺乏决议。

2页后制造的主人,nanoimprint光刻的邮票了。印章材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。邮票结合使用一个印记抵抗创建一份主结构在基质使用mr-NIL 6000抵制材料。这个过程使功能电浆组件用这种方法已经被证明能够有效(14]。冲压后,悬边的印记抗拒被使用一个微机械乳沟技术。

2。实验结果

制造后,样本的特点是兴奋的等离子体在一个end-fire配置。一个模式的实验装置如图2。我们使用1550 nm激光光纤耦合。它是连接到一个偏振控制器由一个标准的8m核心纤维。后,有一个小芯光纤与光波导的模式体积的样品。使用4.5m光纤模场直径比标准纤维提供了更好的模式匹配,当我们考虑到样品光学波导只有2米宽。纤维的结束带来了几微米的波导入口。耦合可以通过显微镜观察到的从上面,这不是模式所示。

我们提出的定性和定量测量的结果。存在两个备选方案分析和查看outcoupled光在我们的设置。第一种可能性是用显微镜物镜和近红外相机图像样本的远端。这是方便调整incoupling效率和监测实验,用于定性测量。第二种可能性是两回光纤维频谱分析仪。这是用于定量测量。

图3显示摄像机图像获得的第一个方法。相机使用自动增益调整,因此图像没有可比的量化。通过透射光波导。自DLSPPW截面波导太小,允许一个光学模式,光必须转化为等离子体,然后再转换回是可见的。强大的偏振依赖性预计。在这一点上,我们将设置参考点的极化巧合与TM极化即电场垂直于样品表面,适用于令人兴奋的SPP模式。结果显示这一点。图3(一个)显示了传输在极化。在这里,最大的强度预计和观察。图3 (b)给出了波导在极化和3 (c)最终在。很明显可以看到,透射光的强度大幅下降,两极分化是转身电浆模式不能兴奋。图像的可见的光不是来自光波导一方面是由于分散在光波导的耦合电浆,分散的违规行为样本边缘。

进一步的观察证实了这一点。图4显示了样本自顶向下视图使用近红外相机,集中在波导的DLSPPW部分,即电浆部分。金条纹图像的亮带。光incoupled从左边的图像。两个亮点来自散射在蜡烛从纯粹的光波导的变化电浆。极化改变从图4(一)通过图4 (b)来图4 (c)。图4 (d)显示了一个光学显微镜图像结构的比较和图4 (e)显示了过渡区详细从光学到电浆波导。我们观察到incoupling现货仍然明亮的偏振光,而outcoupling现货在强度迅速降低。这是由于电浆模式不感到兴奋极化,从而抑制传播。和之前一样,相机使用自动增益调整,占总体亮度不一致。

传播模式的光谱测量,如图5(一个)。这提供了一种简便的方法量化输出模式的强度。定量测量的变化与极化进行传播。结果如图5 (b)。可以看到,图中遵循一个余弦模式,符合预期。

测量显示的平均损失492 dB。传播损失DLSPPW部分,其中长100微米,可以计算和8分贝,图由早期的实验(备份14]。剩余的损失可以归因于几个原因。一个原因是在光纤之间的插入点损失,由于散射光波导的波导端面。波导端面孔并不完全持平或完全垂直于波导,这将导致大量的散射。进一步损失的来源在于光学波导本身由于散射和波导缺陷。最后有损失在光学和DLSPPW模式之间的耦合。

量化的耦合效率从光学到电浆模式,参考测量与全光波导在相同条件下进行。光学波导使用相同的底物但没有黄金。波导是4毫米长,有一个矩形截面,相同的光学和outcoupling波导在电浆样品。测量表明,插入和光学引导损失37.5 dB平均0.7 dB。这是一个相对较高的光波导损耗,这可以解释为几件事情。损失的一个来源是表面粗糙度以及波导的长度。波导的表面不是光滑由于制造违规行为,我们可以看到在图像数据1 (c)和4 (d)。质量损失的另一个来源是再现性较低的裂解的波导,上面简要已经提到。图像的一个典型的裂解波导中可以看到图6。面对波导的结束应该尽可能的平面,并尽可能减少到一个角。不幸的是与当前的技术,我们可以看到在图6中,结果往往是不完全匹配的理想条件。典型问题的乳沟不是完全垂直于波导和轻微划痕留在波导的脸。这些问题可以得到解决,通过抛光波导结束,然而,这是很难考虑到相对软聚合物波导位于相对硬衬底和抛光的方法目前将overabrasive聚合物,导致一个不满意的结果。研究还在继续,然而,使抛光波导结束在未来的一个选择。另一个损失是来源光纤和波导的耦合。目前,这是实现只有通过一个非常狭窄的气隙小心对齐,并清晰地以这种方式失去的光量。实验可以在未来与索引匹配石油提供光纤和波导之间的联系。

如果我们把这些数据放在一起,计算8 37.5 dB DLSPPW模式和损失0.7 dB损失的光学波导和结合DLSPPW波导的实验结果,我们可以估计光波导之间的耦合损失和DLSPPW波导,回来躺在3.5的水平2 dB。

3所示。结论

我们展示了励磁DLSPPW模式在光纤耦合波导end-fire耦合配置。传播强度与参考测量全光波导耦合损耗的,这导致了一系列从光学到电浆模式结构。有几个点可以改善提高这些波导的整体效率。当然是一部分光纤和光学波导之间的耦合。在这里,未来的研究将集中在想办法保证平面波导,可能通过抛光,减少散射的方法通过使用索引匹配油或类似材料连接光纤和波导。另一个领域的未来研究关注这个话题是光波导的设计DLSPPW节蜡烛。目前的形状和形式蜡烛仍有优化的空间和研究在这一领域已经开始了。

确认

作者要感谢PLASMOCOM的财政支持项目(EC FP6坚持034754喉炎的症状)和时空量子工程研究中心(追求)资助。

引用

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