马涛 马家赫 刘恒2)† 田永生 刘少晖 王芳

1) (河南师范大学电子与电气工程学院,河南省光电传感集成应用重点实验室,新乡 453007)

2) (河南省电磁波工程院士工作站,新乡 453007)

为了满足日益增加的集成光子器件设计的需求,本文研究了一种铌酸锂/钠表面等离子体波导(LiNbO3/Na surface plasmonic waveguide,LNSPW),并利用LNSPW 构成电光可调的定向耦合器(directional coupling,DC).利用有限元方法(finite element method,FEM)对波导的模式特性和耦合器的耦合特性进行了分析.结果表明,随着波导尺寸的增大,传播长度可达约200 μm,归一化有效模场面积小于0.4.通过调节耦合间距(Wgap)、耦合长度(LC)和工作波长(λ)等参数,铌酸锂钠表面等离子体波导构建的定向耦合结构可实现3 dB 耦合.当Wgap=100 nm 和LC=17 μm 时,DC 在V0=53 V 时可实现3 dB 耦合,且具有较好的方向性和隔离度.LNSPW 的研究为实现可调的DC 提供了一种可行的方案,在集成电光可调器件研究领域有潜在的应用前景.除此之外,LNSPW 还可广泛应用于非线性光学、光信号处理及光全息存储等领域.

1 引言

铌酸锂(LiNbO3,LN)作为一种人工合成的优良多功能晶体材料,具有压电、铁电、光折变、声光、电光、非线性等性能.同时,研究发现铌酸锂单晶薄膜(lithium niobate on insulator,LNOI)具有高单晶性、超低损耗、高速电光调控等优势,并且拥有良好的非线性光学特性.随着LNOI 集成光子器件的制备和生产工艺水平不断提高,LNOI 已成为集成光子学领域的热点之一.

定向耦合器(directional coupling,DC)由位置足够近的两根平行传输线组成,功率会在两根传输线上互相耦合,是集成光学中的重要器件之一[1].另外,定向耦合器也是构建……