Устройство для ввода оптического излучения в нановолновод

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, а именно к устройствам для ввода оптического излучения в нановолновод, и может быть использована при создании элементов для компьютерной техники.
Известны устройства для ввода оптического излучения в волновод с помощью микролинз, принцип работы которых основан на фокусировании входного излучения на поверхность волновода системой микролинз. Такие устройства применяются в настоящее время в оптических системах, которые служат для соединения различных компонентов компьютерной техники. Основной недостаток известных устройств связан с тем, что размер микролинз много больше длины волны оптического излучения, при этом в целях экономии во внутрисистемных соединениях крайне желательно вводить излучение в волновод напрямую, без линз (А.С. Ахманов, О.Е. Наний, В.Я. Панченко, Оптическая передача информации в супер-эвм и микропроцессорных системах (Часть 1), Lightwave Russian Edition. 3, 46 (2008); А.С. Ахманов, О.Е. Наний, В.Я. Панченко, Оптическая передача информации в супер-эвм и микропроцессорных системах (Часть 2), Lightwave Russian Edition. 4, 52 (2008)).
Известно устройство для ввода излучения в волновод с помощью щели напрямую без линз (А.V. Krasavin, S. Randhawa, J.-S. Bouillard, J. Renger, R. Quidant, and A.V. Zayats, Optically-programmable nonlinear photonic component for dielectric-loaded plasmonic circuitry, Opt. Express 19 (25), 25222 (2011)). Устройство представляет собой оптически прозрачную подложку, на которую нанесен металлический слой. На поверхности металлического слоя расположен волновод. В металлической пленке в области начала волновода сделано сквозное отверстие в виде щели. Излучение падает со стороны подложки, проходит через щель и попадает в волновод. Основной недостаток известного устройства заключается в низкой эффективности преобразования мощности падающего излучения в мощность излучения, вышедшего из щели. Это приводит к необходимости использования для ввода излучения в волновод источников излучения большей мощности, что повышает стоимость самого устройства и увеличивает вероятность выхода известного элемента из строя из-за его перегрева входящим излучением.
Этого недостатка лишено устройство для ввода оптического излучения в волновод, основанное на формировании в металлической пленке участка с измененной отражающей способностью с помощью поверхностной электромагнитной волны (Патент США №7457501, 25.11.2008, МПК G02B 6/10, G02B 6/24), выбранный в качестве прототипа. Известное устройство состоит из металлической пленки со сквозным круглым наноотверстием. Вход и выход наноотверстия окружены системой бороздок в металлической пленке в виде концентрических окружностей. Геометрия бороздок с обеих сторон разная и зависит от длины волны падающего излучения, материала пленки и материала прилегающего к пленке окружения. К выходу наноотверстия примыкает нановолновод.
Ввод оптического излучения в нановолновод производится с помощью излучения, которое падает на устройство перпендикулярно поверхности со стороны без волновода. Происходит облучение металлической пленки с наноотверстием, окруженным системой бороздок в виде концентрических окружностей. В центре наноотверстия из-за наличия бороздок возникает область высокой фокусировки оптического излучения, которая является причиной увеличения коэффициента пропускания света через наноотверстие. Оптическое излучение, прошедшее через отверстие, эффективно высвечивается в волновод с помощью системы концентрических бороздок вокруг отверстия со стороны нановолновода.
Основной недостаток известного устройства заключается в сложности технологического процесса изготовления системы бороздок в металлической пленке в виде концентрических окружностей вокруг отверстия.
Задачей полезной модели является создание планарного устройства, технология изготовления которого более простая, чем у прототипа.
Техническим результатом является упрощение технологии изготовления устройства ввода оптического излучения.
Технический результат достигается тем, что устройство для ввода оптического излучения в нановолновод, включающее подложку, металлическую пленку с наноотверстием и слой, содержащий оптический нановолновод, дополнительно включает диэлектрический неоднородный слой, выполненный в виде фотонного кристалла, при этом на подложку последовательно нанесены диэлектрический неоднородный слой, металлическая пленка с наноотверстием и слой, содержащий оптический нановолновод, а оптическое излучение подается со стороны подложки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), где 1 - оптически прозрачная подложка, 2 - диэлектрический неоднородный слой, выполненный в виде фотонного кристалла, 3 - металлическая пленка, 4 - оптически прозрачный слой, который содержит оптический нановолновод, 5 - наноотверстие в металлической пленке.
Устройство для ввода оптического излучения в нановолновод работает следующим образом.
Ввод излучения производится с помощью входного излучения, которое падает на устройство со стороны оптически прозрачной подложки 1, перпендикулярно его поверхности. Затем входное излучение проходит сквозь диэлектрический неоднородный слой 2 и, благодаря тому, что он выполнен в виде фотонного кристалла, создает на поверхности металлической пленки 3 с наноотверстием 5 высокоинтенсивные стоячие электромагнитные волны. В результате этого вблизи наноотверстия 5 в металлической пленке 3 со стороны слоя 4 возникает область высокой фокусировки входящего излучения, поперечный размер которой сопоставим с диаметром наноотверстия. Это излучение проникает в нановолновод, расположенный в слое 4.
В отличие от прототипа, металлическая пленка 3 с наноотверстием 5 не имеет системы бороздок в металлической пленке в виде концентрических окружностей вокруг отверстия, что позволяет упростить технологический процесс изготовления устройства. При этом, наличие диэлектрического неоднородного слоя 2, выполненного в виде фотонного кристалла, позволяет сохранить эффективность преобразования мощности входного излучения в мощность излучения в нановолноводе.
Конкретное техническое оформление заявляемого устройства для ввода оптического излучения в нановолновод, а именно, характерные размеры и материалы диэлектрического неоднородного слоя 2, выполненного в виде фотонного кристалла, металлической пленки 3 с наноотверстием 5, пленки с нановолноводом 4 и подложки 1 являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи, требуемой точности и чувствительности.
Таким образом, созданное устройство для ввода оптического излучения в нановолновод, позволяет достичь заявленного технического результата, а именно упростить технологию изготовления устройства за счет введения диэлектрического неоднородного слоя, выполненного в виде планарного диэлектрического фотонного кристалла, вместо системы из бороздок в виде концентрических окружностей вокруг наноотверстия с обеих сторон металлической пленки.