面向片上集成光子学的高级中红外等离子体波导
光学
2023-05-08 v1 应用物理
摘要
长波红外（LWIR，8–14 μm）光子学是中红外波段内迅速发展的研究领域，在分子光谱学和光学自由空间通信中有应用。LWIR 应用常采用颇为笨重的台式自由空间光学系统，阻碍了快速时间尺度实验等先进光子学应用。在此，将器件小型化为光子集成电路（PICs）并保持光学能力，是革新中红外光子学的关键。等离子体结构中的亚波长模式限制已在可见至近红外光谱范围实现了此类小型化方案。然而，将等离子体技术用于 LWIR 需要合适的低损耗、低色散材料以及与现有中红外技术兼容的集成策略。本工作中，我们通过将有机聚合物的光刻图形化与介质负载表面等离子体极化激元（DLSPP）波导相结合，进一步开启了 LWIR/中红外 PIC 领域。特别地，聚乙烯表现出有利的光学性质，包括低折射率及约 2–200 μm 的宽透明窗口。我们研究了完整的价值链，包括基于聚乙烯的 DLSPP 波导的设计、制备与表征，并展示了其首次等离子体运作及沿 s 形弯曲结构的模式导引能力。约 1.3 dB 的低弯曲损耗与约 1 mm 的直线段传播长度，为前所未有的复杂片上中红外光子器件铺平了道路。此外，DLSPP 可完全控制模式参数（传播长度与导引能力），以通过芯片级器件精确满足先进传感与通信应用需求。
引用
@article{arxiv.2305.03586,
title = {Advanced Mid-Infrared Plasmonic Waveguides For On-Chip Integrated Photonics},
author = {Mauro David and Davide Disnan and Elena Arigliani and Anna Lardschneider and Georg Marschick and Hanh T. Hoang and Hermann Detz and Bernhard Lendl and Ulrich Schmid and Gottfried Strasser and Borislav Hinkov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.03586},
year = {2023}
}