硅光子學因其從量子計算到生物傳感的廣泛應用而成為一項關鍵技術和廣泛研究的領域。光子結構的測試和表征需要靈敏、精確和定量的成像和光譜解決方案，從可見光到紅外波長(電信波長)。

光子集成電路是利用光執行復雜光學功能和過程的芯片級器件。隨著光學小型化和設備變得更加復雜，遵循更多模塊化設計方法來組合具有不同光學功能和研究的元件是可行的。隨著設備變得越來越復雜，具有模塊化特征的設計方法是有利的。此類器件還必須采用將硅波導與等離子體金屬元件相結合的設計策略，這些元件用于在 PIC 平臺上實現光學功能，并具有高耦合效率。

澳大利亞悉尼大學 Martijn de Sterke 教授周圍的研究人員在最近的一篇文章中寫道，所謂的“混合等離子體波導，在金屬和高折射率波導之間包含一個低折射率緩沖層”，為“光子和等離子體波導之間的耦合。” de Sterke 教授周圍的研究人員與來自耶拿和不倫瑞克(德國)的合作者一起報告了他們使用“多個模塊化功能元件”構建這些混合結構的更復雜電路的努力。

研究人員創建了一種等離子體裝置，可將入射的 TE 偏振紅外光束的偏振旋轉為 TM 偏振光束，通過非線性二次諧波生成將其轉換為可見光輸出。該設備采用納米聚焦元件，這些元件是鋒利的金屬尖端，可將光限制在超小(納米尺寸的體積)內，從而導致巨大的電場增強，從而產生更多的二次諧波光。

使用顯微成像和光譜學對加工后的納米結構器件進行評估。該顯微鏡與帶有 2 個攝像頭的光譜儀相連，用于檢測。由于這些器件的設計輸入波長為 1320 nm，SHG 輸出為 660 nm，因此該裝置使用 Teledyne Princeton Instruments NIRvana 相機進行短波紅外光檢測，使用PIXIS CCD 相機進行可見光檢測和光譜分析。該裝置執行多種測量功能：

? 成像監測設備上納米結構的光散射，通過改變設計尺寸確認偏振旋轉和二次諧波生成的效率。

? 光譜學表征光譜響應，例如輸入光和輸出光譜的比較可確認可見光的SHG 性質。

? 定量測量SHG 光以獲得所達到的光譜轉換效率。

該文章展示了如何實現納米聚焦，因為較小的金屬尖端的倍頻急劇增加，并討論了如何進一步提高設備效率。根據這項研究，模塊化設計方法可以實際應用于更復雜的器件，并且與使用 Cu 和 Al 作為金屬的 CMOS 處理技術兼容，而不會降低器件質量。潛在的應用包括“片上量子光子學和光譜學、非線性和原子級傳感以及納米級太赫茲源和探測器”。

審核編輯 黃宇