金屬-介質(zhì)-半導體復合納米結構光波導分束器設計和制備.pdf

1、對于集成光子芯片而言，微小型的光學部件是必要的基礎元件。分束器是一種非常重要的光學元件，并經(jīng)常被使用在光信息處理，光學計算，全息攝影和計量學中。表面等離激元（surface plasmons，SPs）——由電磁輻射激發(fā)的金屬表面的自由電子的集體連續(xù)振蕩所形成的電磁波，具有一系列的光學特性，例如對光的超強限域性，電磁場增強特性，對光的偏振敏感性等。因此低維的貴金屬納米結構，例如納米顆粒，納米線和納米薄膜，在眾多領域具有廣闊的應用，其中包括

2、表面增強光譜，光化學傳感，光信息處理等。但是由于金屬本身所固有的內(nèi)在損耗很大，單純地依靠表面等離激元來傳遞光學信號似乎并不是一個理想的選擇。而低維的半導體納米結構由于其特殊的光學性質(zhì)和在納/微米級光學器件中潛在的應用前景而成為裝配緊湊型光學元件的重要的結構單元。尤其是通過化學氣相沉積法（CVD）合成的一維的納米線和納米帶，具有良好的單晶結構，高折射率和大的光學非線性性等特殊性質(zhì)，為實現(xiàn)在亞波長的尺度上限域和波導光提供了良好的平臺。利用低

3、維半導體納米材料內(nèi)的波導光與低維金屬納米材料耦合產(chǎn)生表面等離激元的作用或許能產(chǎn)生新穎或者更豐富的光學效應，為制備具有更優(yōu)良性能的光學元件開辟新的道路。當然，一些將半導體納米材料與金屬納米顆粒相結合的混合納米結構已經(jīng)被一些科研人員所制備出來，但是關于結合一維半導體材料和金屬納米顆粒的光波導分束器卻還未見報道。因此，我們設計和制備了一種基于新型的類似于三明治納米結構的金屬-電介質(zhì)-半導體復合納米結構，實現(xiàn)了通過金屬納米顆粒調(diào)制半導體納米帶中

4、波導光的功能。
　　1.用化學氣相沉積法（CVD）生長出高質(zhì)量的硫化鎘（CdS）納米帶，將生長的CdS納米帶分散在刻有數(shù)字標記的SiO2/Si襯底上，隨后用原子層沉積法在樣品表面鍍一層HfO2層，再用電子束曝光（EBL）在樣品表面制備一定尺寸的金納米圓盤陣列，光學測試結果表明這種復合納米結構使得CdS納米帶中的波導光在納米帶的端部出射時被分裂成多個光點，且出射光點的數(shù)量可由這種復合納米結構的尺寸和結構參數(shù)來控制。
　　2.用

5、基于有限元方法的數(shù)值模擬軟件（COMSOL Multiphysics）進行了一系列相應的數(shù)值模擬，模擬結果表明CdS納米帶中的波導光激發(fā)納米帶上方的金納米圓盤陣列產(chǎn)生局域表面等離激元，由于局域表面等離激元具有較大的歐姆損耗，因此金納米圓盤陣列下方的波導光被減弱，從而使得納米帶中的波導光相當于沿著被金納米圓盤分開的狹縫傳播形成多個波導光束，當這些被分裂的波導光束傳播至沒有金納米圓盤覆蓋的空白納米帶區(qū)域時，由于多光束之間的干涉效應，波導光可