金屬-介質(zhì)-半導(dǎo)體復(fù)合納米結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)分束器設(shè)計(jì)和制備.pdf

1、對(duì)于集成光子芯片而言，微小型的光學(xué)部件是必要的基礎(chǔ)元件。分束器是一種非常重要的光學(xué)元件，并經(jīng)常被使用在光信息處理，光學(xué)計(jì)算，全息攝影和計(jì)量學(xué)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(xué)特性，例如對(duì)光的超強(qiáng)限域性，電磁場增強(qiáng)特性，對(duì)光的偏振敏感性等。因此低維的貴金屬納米結(jié)構(gòu)，例如納米顆粒，納米線和納米薄膜，在眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用，其中包括

2、表面增強(qiáng)光譜，光化學(xué)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(xué)信號(hào)似乎并不是一個(gè)理想的選擇。而低維的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)由于其特殊的光學(xué)性質(zhì)和在納/微米級(jí)光學(xué)器件中潛在的應(yīng)用前景而成為裝配緊湊型光學(xué)元件的重要的結(jié)構(gòu)單元。尤其是通過化學(xué)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(jié)構(gòu)，高折射率和大的光學(xué)非線性性等特殊性質(zhì)，為實(shí)現(xiàn)在亞波長的尺度上限域和波導(dǎo)光提供了良好的平臺(tái)。利用低

3、維半導(dǎo)體納米材料內(nèi)的波導(dǎo)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(xué)效應(yīng)，為制備具有更優(yōu)良性能的光學(xué)元件開辟新的道路。當(dāng)然，一些將半導(dǎo)體納米材料與金屬納米顆粒相結(jié)合的混合納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)被一些科研人員所制備出來，但是關(guān)于結(jié)合一維半導(dǎo)體材料和金屬納米顆粒的光波導(dǎo)分束器卻還未見報(bào)道。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)和制備了一種基于新型的類似于三明治納米結(jié)構(gòu)的金屬-電介質(zhì)-半導(dǎo)體復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通過金屬納米顆粒調(diào)制半導(dǎo)體納米帶中

4、波導(dǎo)光的功能。
　　1.用化學(xué)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(biāo)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(xué)測試結(jié)果表明這種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)使得CdS納米帶中的波導(dǎo)光在納米帶的端部出射時(shí)被分裂成多個(gè)光點(diǎn)，且出射光點(diǎn)的數(shù)量可由這種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)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(jìn)行了一系列相應(yīng)的數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明CdS納米帶中的波導(dǎo)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(dǎo)光被減弱，從而使得納米帶中的波導(dǎo)光相當(dāng)于沿著被金納米圓盤分開的狹縫傳播形成多個(gè)波導(dǎo)光束，當(dāng)這些被分裂的波導(dǎo)光束傳播至沒有金納米圓盤覆蓋的空白納米帶區(qū)域時(shí)，由于多光束之間的干涉效應(yīng)，波導(dǎo)光可