硅光子學(xué)因其從量子計算到生物傳感的廣泛應(yīng)用而成為一項關(guān)鍵技術(shù)和廣泛研究的領(lǐng)域。光子結(jié)構(gòu)的測試和表征需要靈敏、精確和定量的成像和光譜解決方案,從可見光到紅外波長(電信波長)。
光子集成電路是利用光執(zhí)行復(fù)雜光學(xué)功能和過程的芯片級器件。隨著光學(xué)小型化和設(shè)備變得更加復(fù)雜,遵循更多模塊化設(shè)計方法來組合具有不同光學(xué)功能和研究的元件是可行的。隨著設(shè)備變得越來越復(fù)雜,具有模塊化特征的設(shè)計方法是有利的。此類器件還必須采用將硅波導(dǎo)與等離子體金屬元件相結(jié)合的設(shè)計策略,這些元件用于在 PIC 平臺上實現(xiàn)光學(xué)功能,并具有高耦合效率。
澳大利亞悉尼大學(xué) Martijn de Sterke 教授周圍的研究人員在最近的一篇文章中寫道,所謂的“混合等離子體波導(dǎo),在金屬和高折射率波導(dǎo)之間包含一個低折射率緩沖層”,為“光子和等離子體波導(dǎo)之間的耦合。” de Sterke 教授周圍的研究人員與來自耶拿和不倫瑞克(德國)的合作者一起報告了他們使用“多個模塊化功能元件”構(gòu)建這些混合結(jié)構(gòu)的更復(fù)雜電路的努力。
研究人員創(chuàng)建了一種等離子體裝置,可將入射的 TE 偏振紅外光束的偏振旋轉(zhuǎn)為 TM 偏振光束,通過非線性二次諧波生成將其轉(zhuǎn)換為可見光輸出。該設(shè)備采用納米聚焦元件,這些元件是鋒利的金屬尖端,可將光限制在超小(納米尺寸的體積)內(nèi),從而導(dǎo)致巨大的電場增強,從而產(chǎn)生更多的二次諧波光。
使用顯微成像和光譜學(xué)對加工后的納米結(jié)構(gòu)器件進(jìn)行評估。該顯微鏡與帶有 2 個攝像頭的光譜儀相連,用于檢測。由于這些器件的設(shè)計輸入波長為 1320 nm,SHG 輸出為 660 nm,因此該裝置使用 Teledyne Princeton Instruments NIRvana 相機進(jìn)行短波紅外光檢測,使用PIXIS CCD 相機進(jìn)行可見光檢測和光譜分析。該裝置執(zhí)行多種測量功能:
? 成像監(jiān)測設(shè)備上納米結(jié)構(gòu)的光散射,通過改變設(shè)計尺寸確認(rèn)偏振旋轉(zhuǎn)和二次諧波生成的效率。
? 光譜學(xué)表征光譜響應(yīng),例如輸入光和輸出光譜的比較可確認(rèn)可見光的SHG 性質(zhì)。
? 定量測量SHG 光以獲得所達(dá)到的光譜轉(zhuǎn)換效率。
該文章展示了如何實現(xiàn)納米聚焦,因為較小的金屬尖端的倍頻急劇增加,并討論了如何進(jìn)一步提高設(shè)備效率。根據(jù)這項研究,模塊化設(shè)計方法可以實際應(yīng)用于更復(fù)雜的器件,并且與使用 Cu 和 Al 作為金屬的 CMOS 處理技術(shù)兼容,而不會降低器件質(zhì)量。潛在的應(yīng)用包括“片上量子光子學(xué)和光譜學(xué)、非線性和原子級傳感以及納米級太赫茲源和探測器”。
審核編輯 黃宇
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