本發明涉及電子技術領域，具體是一種長程表面等離子激元波導耦合器。

背景技術：

目前，光纖跟硅基光子器件的耦合主要采用端面耦合方式進行耦合。所謂的端面耦合是直接耦合的一種，就是把平端光纖與未處理的硅基光子器件端面直接對接，進行能量的傳遞。但是光纖跟硅基光子器件的模場面積不匹配，特別是硅基器件，因為硅本身的折射率是3.5左右，而組成光纖的材料的折射率一般為1.4，從光纖射出的光未經過任何處理直接耦合進波導會產生巨大的模場失配損耗，耦合效率極低。而耦合效率的高低直接決定了一個光學器件的性能。

為了提高耦合效率，耦合器這一概念被提出來，耦合器通過自身結構的特性可調整光場的模場、提高模式匹配程度，以達到提高耦合效率的目的。耦合器包括三大類，楔形耦合器、透鏡耦合器和光柵耦合器。但是由于光存在衍射極限，而這些耦合器都無法對光場進行極限壓縮，從而使得通過這些耦合器的光突破衍射極限，高效耦合進納米光子器件，故而它只能在微米量級的光子器件的耦合中發揮高效耦合的作用。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種長程表面等離子激元波導耦合器。這種耦合器能使入射光突破衍射極限，高效耦合進硅基光子器件中，能提高光纖與硅基光子器件之間的耦合效率，而且此種長程表面等離子激元波導耦合器結構簡單，對于工藝要求低，易于加工，成本較低。

實現本發明目的的技術方案是：

一種長程表面等離子激元波導耦合器，包括順序疊接的第一SiO₂層、Ag層和第二SiO₂層，所述第一SiO₂層和第二SiO₂層對稱設置在Ag層的兩面。

所述第一SiO₂層和第二SiO₂層的結構、形狀完全一致。

所述SiO₂層為直角梯形體，直角梯形體的兩個端面為耦合端面，兩個耦合端面的面積不等，面積大的第一耦合端面與光纖耦合端面A重合，面積小的第二耦合端面與波導耦合端面B重合，第一耦合端面、第二耦合端面為長方形，長方形的長邊長度為短邊長度的2倍。

所述直角梯形體與Ag層的接觸面垂直于第一耦合端面和第二耦合端面。

所述直角梯形體的4條棱邊呈曲線形狀，制作曲線的參數按冪函數的函數方程獲取，這樣可以有效地避免光的溢散，降低光在長程表面等離子激元波導耦合器中的傳輸損耗。

第一SiO₂層的作用是傳輸光、調整光的模場面積并對進行壓縮。

光在Ag層表面傳輸時，光和Ag層表面自由電子的相互作用會引起一種電磁波模式，這種電磁波模式就是表面等離子激(Surface Plasmon Polariton,簡稱SPP)。表面等離子激元的作用增強長程表面等離子激元波導耦合器對光的束縛作用，使光不會在長程表面等離子激元波導耦合器對光場進行壓縮時造成大量的傳輸損耗，高效的耦合進硅基光子器件，從而提高光纖跟硅基光子器件的耦合效率。

第二SiO₂層與第一SiO₂層的作用相同，用于光的傳輸和模場面積的調整，同時它也與第一SiO₂層構成一種對稱結構，調整光場的形狀，當長程表面等離子激元波導耦合器與硅基光子器件耦合時，長程表面等離子激元波導耦合器的光場與器件的光場的重疊程度提高，以達到高效耦合的目的。

這種波導耦合器利用表面等離子激元的亞波長束縛特性，使入射光突破衍射極限，能夠高效耦合進硅基光子器件中，并且當入射光通過長程表面等離子激元波導耦合器時，對光進行壓縮，調整其模場面積，使得其模場能夠跟硅基光子器件的模場進行匹配，從而提高耦合效率。

耦合效率η與模場匹配的關系可以用兩器件模場分布的重疊積分表示

E_w、E_f分別表示兩耦合器件的模場面積，E_w為入射光的模場面積，E_f為出射光的模場面積。為了實現光纖跟硅基光子器件的最佳耦合，必須保證它們的模場有最大的重疊，也就是使E_w和E_f盡量相等。

這種耦合器能使入射光突破衍射極限，高效耦合進硅基光子器件，提高了光纖與硅基光子器件之間的耦合效率，而且此種長程表面等離子激元波導耦合器結構簡單，對于工藝要求低，易于加工，成本較低。

附圖說明

圖1為實施例的結構示意圖；

圖2為圖1的爆炸圖；

圖3為實施例端面耦合方式的示意圖。

圖中，1.光纖 2.波導耦合器 3.硅基光子器件 4.第一SiO2層 5.Ag層 6.第二SiO₂層 7.接觸面 8.第一耦合端面 9.第二耦合端面。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。

實施例：

參照圖1、圖2、圖3，一種長程表面等離子激元波導耦合器，包括順序疊接的第一SiO₂層4、Ag層5和第二SiO₂層6，所述第一SiO₂層4和第二SiO₂層6對稱設置在Ag層5的兩面。

所述第一SiO₂層4和第二SiO₂層6的結構、形狀完全一致。

所述SiO2層4為直角梯形體，直角梯形體的兩個端面為耦合端面，兩個耦合端面的面積不等，面積大的第一耦合端面8與光纖耦合端面A耦合，面積小的第二耦合端面9與波導耦合端面B重合，第一耦合端面8、第二耦合端面9為長方形，長方形的長邊長度為短邊長度的2倍。

所述直角梯形體與Ag層5的接觸面7垂直于第一耦合端面8和第二耦合端面9。

所述直角梯形體的4條棱邊呈曲線形狀，制作曲線的參數按冪函數的函數方程獲取。

第一SiO₂層4的作用是傳輸光、調整光的模場面積并對進行壓縮。

光在Ag層5表面傳輸時，光和Ag層5表面自由電子的相互作用會引起一種電磁波模式，這種電磁波模式就是表面等離子激。表面等離子激元的作用增強長程表面等離子激元波導耦合器對光的束縛作用，使光不會在長程表面等離子激元波導耦合器對光場進行壓縮時造成大量的傳輸損耗，高效的耦合進硅基光子器件，從而提高光纖跟硅基光子器件的耦合效率。

第二SiO₂層6與第一SiO₂層4的作用相同，用于光的傳輸和模場面積的調整，同時它也與第一SiO₂層4構成一種對稱結構，調整光場的形狀，當長程表面等離子激元波導耦合器與硅基光子器件耦合時，長程表面等離子激元波導耦合器的光場與器件的光場的重疊程度提高，以達到高效耦合的目的。

具體地：

如圖3所示，長程表面等離子激元波導耦合器2與光纖1進行端面耦合，將光纖1射出的光耦合進長程表面等離子激元波導耦合器2中，在長程表面等離子激元波導耦合器2中對光的模場面積進行調整；長程表面等離子激元波導耦合器2與硅基光子器件3進行端面耦合，再將光耦合進平板波導中，整個過程中，長程表面等離子激元波導耦合器2起到調整入射光的模場面積的作用，使得光能高效耦合進平板波導中。

耦合效率η與模場匹配的關系可以用兩器件模場分布的重疊積分表示

E_w、E_f分別表示兩耦合器件的模場面積，E_w為入射光的模場面積，E_f為出射光的模場面積，為了實現光纖跟硅基光子器件的最佳耦合，必須保證它們的模場有最大的重疊，也就是使E_w和E_f盡量相等。

本實施例的COMSOL^TM仿真計算：在光纖1與長程表面等離子激元波導耦合器2耦合時，光纖1的模場面積為127.08um²，而長程表面等離子激元波導耦合器2的第一耦合端面8的模場面積為126.73um²；在長程表面等離子激元波導耦合器2的第二耦合端面9與硅基光子器件3端面耦合時，硅基光子器件3的第一耦合端面8的模場面積為1.82um²，硅基光子器件3端面的模場面積為0.88um²，故而其模場匹配效率較高，可以大大減小模場失配損耗，以達到提高光纖與硅基光子器件之間的耦合效率的目的。