杂化等离激元光波导研究取得新进展

“介观光学与飞秒光物理”基金委创新研究群体龚旗煌院士研究组，在杂化等离激元光波导研究中取得新进展。研究论文于近期发表在光学领域重要期刊Laser & Photonics Reviews上 (Yusheng Bian and Qihuang Gong*, "Deep-subwavelength light confinement and transport in hybrid dielectric-loaded metal wedges," Laser & Photonics Reviews 8(4), 549-561 (2014))，并被选为同期的Back Cover文章。论文的第一作者为博士后卞宇生。

杂化型等离激元光波导作为表面等离激元光子器件领域的一个重要分支，以其极低的传输损耗、纳米尺度的光场限制能力、较小的波导间交叉串扰、以及宽频带工作特性等诸多优势，获得了研究人员的高度关注。近年来得到广泛研究的传统杂化型波导所支持的等离激元模式，均源于介质纳米线导波模式和平板金属-介质界面的表面等离激元之间的耦合。因受一维表面等离激元场强限制能力的制约，传统杂化型等离激元模式对光场的束缚水平依然有限。如何进一步提升杂化型波导的模场约束能力、同时实现低损耗的等离激元模式传输，是该领域亟需解决的关键问题。

研究论文通过将杂化型等离激元导波结构与楔形金属、介质加载等波导概念相融合，提出了一系列兼具深亚波长光场束缚能力和低传输损耗特性的杂化楔形介质加载等离激元光波导。得益于具备强光场束缚能力的边角等离激元模式与介质导波模式的高效耦合，所获得的杂化楔形等离激元模式可在维持相似传输距离的前提下，将传统杂化等离激元的模场面积压缩1个数量级以上，并将波导的品质因子提高近十倍，同时显著提升低折射率缝隙区域的光场限制水平和局域场增强效应。研究表明，该类波导还能实现比传统杂化波导更低的交叉串扰，并对实际加工中可能产生的误差具有较高的容忍度。本论文研究的新型杂化楔形介质加载波导结构在纳米激光器、高性能无源集成光子器件和超高密度集成光子回路等领域具备良好的应用前景。

上述工作得到国家973项目、国家自然科学基金委“创新研究群体”、介观物理国家重点实验室、青年科学基金以及博士后科学基金的资助。