本发明专利技术公开了一种轨道角动量片上探测器及制备方法、探测装置与光子芯片。其中，轨道角动量片上探测器包括透明基底部件以及纳米线，所述透明基底部件的第一表面具有膜层，所述膜层上贯穿有多条弧形的纳米狭缝，多条弧形的所述纳米狭缝组成等离激元超表面结构，多条弧形的所述纳米狭缝间隔设置；所述纳米线的数量为多个，多个所述纳米线间隔设置在所述膜层上，所述纳米线为钙钛矿纳米线。本发明专利技术的轨道角动量片上探测器通过轨道角动量等离子体场的亚波长聚焦，选择性激发纳米线中单个横向激光模式，实现了零模式串扰的轨道角动量片上探测，对于全光逻辑门、超快光学开关、纳米光子探测器以及片上光学和量子信息处理具有极其重要的意义。的意义。的意义。
【技术实现步骤摘要】
轨道角动量片上探测器及制备方法、探测装置与光子芯片
[0001]本申请涉及轨道角动量探测
，特别是涉及一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器及其制备方法、探测装置与光子芯片。
技术介绍
[0002]集成光子芯片以光子为信息载体具有高速并行、低功耗的优势，是应对未来低功耗、高速度、宽带宽、大容量信息处理能力的关键。高性能光子器件是当前光子芯片领域的研究热点，可集成光子器件的构建和调控机制主要以调控和利用光子的频率、波长、偏振、模式和寿命等物理维度，如何基于现有的光互联和芯片技术，拓宽半导体纳米线光子器件的调控维度以及通信容量和带宽是当前可集成光子器件领域面临的主要挑战和前言科学问题。
[0003]光子轨道角动量(OAM)具有无穷正交特性的物理维度，因此利用轨道光角动量作为信息处理的一个新自由度，可以极大地提高光子器件的调控维度和通信容量，基于轨道角动量维度的高性能光子器件的研究与开发也是当前光子通讯领域的新兴方向，然而关于轨道角动量在通讯领域的应用研究，尤其是轨道角动量的探测仍需要使用大尺寸的相位检测元件，如螺旋相位板和空间光调制器等，难以与高度集成的光子芯片技术兼容。而片上OAM探测技术是利用等离激元金属结构将携带轨道角动量信息的光场转换表面等离激元场，这样会因为金属内带间跃迁引起的损耗较大导致探测效率非常低(～10
‑6)，如此阻碍了利用光子角动量调控可集成光子器件和光子芯片性能的进一步发展。
技术实现思路
[0004]基于此，针对传统技术中轨道角动量难以与高度集成的光子芯片技术兼容，阻碍了利用光子角动量调控可集成光子器件和光子芯片性能的进一步发展的问题，有必要提供一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器。本专利技术的零模式串扰的轨道角动量片上探测器通过轨道角动量等离子体场的亚波长聚焦，选择性激发纳米线中单个横向激光模式，实现了零模式串扰的轨道角动量片上探测，对于全光逻辑门、超快光学开关、纳米光子探测器以及片上光学和量子信息处理具有极其重要的意义。
[0005]本申请一实施例提供了一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器。
[0006]一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器，包括透明基底部件以及纳米线，所述透明基底部件的第一表面具有膜层，所述膜层上贯穿有多条弧形的纳米狭缝，多条弧形的所述纳米狭缝组成等离激元超表面结构，多条弧形的所述纳米狭缝间隔设置；所述纳米线的数量为多个，多个所述纳米线间隔设置在所述膜层上，所述纳米线为钙钛矿纳米线。
[0007]在其中一些实施例中，所述纳米狭缝呈半圆弧形状，所述等离激元超表面结构的多个所述纳米狭缝组成同心弧，所述等离激元超表面结构的圆心两侧分别设置有至少一个所述纳米线，所述纳米线的端部朝向所述等离激元超表面结构的圆心。
[0008]在其中一些实施例中，所述纳米线分别与所述等离激元超表面结构的同心弧的法
线轴呈60
°
～70
°
夹角。
[0009]在其中一些实施例中，所述膜层为银膜；
[0010]和/或，所述膜层的厚度为200～300nm。
[0011]在其中一些实施例中，所述纳米狭缝的深度为200～300nm，宽度为150～200nm，周期为450～600nm，初始半径为1575～1800nm，深度为200～300nm。
[0012]在其中一些实施例中，所述纳米线的宽度为200～1200nm，所述纳米线的长度为2～30μm。
[0013]本申请一实施例还提供了一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器的制备方法。
[0014]一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0015]制备膜层；所述膜层的制备方法为：在真空条件下，通过热蒸发镀膜系统将银颗粒蒸发到透明基底部件上凝结成膜形成所述膜层；
[0016]在所述膜层上制备等离激元超表面结构，所述等离激元超表面采用聚焦离子束在所述膜层上刻蚀多条弧形的所述纳米狭缝得到；
[0017]将所述纳米线通过光纤探针转移至所述等离激元超表面预设位置处。
[0018]在其中一些实施例中，所述膜层的制备方法包括如下步骤：
[0019]在真空条件下通过热蒸发镀膜系统将银颗粒蒸发至透明基底部件的表面凝结成所述膜层，所述热蒸发镀膜系统的镀膜室的基本真空度为2
×
10
‑4～3
×
10
‑4Pa；银颗粒的蒸发速率保持在0.2～1nm/s。
[0020]在其中一些实施例中，所述石英衬底的表面粗糙度为0.1～0.5nm；和/或，所述银颗粒的纯度≥99.999％。
[0021]在其中一些实施例中，所述等离激元超表面结构的制备方法包括如下步骤：
[0022]在所述膜层上进行聚焦等离子刻蚀得到多个所述纳米狭缝，其中，刻蚀电压为10kV～30kV，刻蚀电流为2pA～5nA，刻蚀深度为200～30nm，刻蚀宽度为150～200nm，周期为450～600nm，初始半径为1575～1800nm。
[0023]在其中一些实施例中，所述纳米线的制备方法包括如下步骤：采用化学气相沉积法制得。
[0024]在其中一些实施例中，所述纳米线的制备方法包括如下步骤：
[0025]将CsBr粉末和PbBr2粉末按质量比1:1混合放入第一瓷舟内，将SiO2/Si基底置于第二瓷舟内，将所述第一瓷舟置于石英管的中心，将石英管插入管式炉中，将所述第二瓷舟置于管式炉的加热丝边缘处以用于沉积样品，将高纯氩气作为载气被引入所述石英管中，高纯氩气以1000～1500sccm的流速在石英管中排气3～5min后，流速降至30～60sccm，以生长样品；将管式炉的中心在20～30min内从室温加热到560℃～630℃，保持60～120min，石英管内气压保持在250～300Torr；将管式炉自然冷却至室温，得到宽度为200～1800nm、长度为2～30μm的纳米线。
[0026]在其中一些实施例中，所述纳米线的制备方法还包括下述技术特征中的至少一种：
[0027](1)所述CsBr粉末的纯度≥99.999％；
[0028](2)所述PbBr2粉末的纯度≥99.999％；
[0029](3)所述高纯氩气的纯度≥99.999％。
[0030]在其中一些实施例中，所述纳米线的制备方法还包括下述技术特征中的至少一种：
[0031](1)生长样品时，流速降至40sccm；
[0032](2)管式炉的中心在20min内从室温加热到580℃；
[0033](3)保持时间为80min；
[0034](4)石英管内气压保持在260Torr。
[0035]本申请一实施例还提供了一种探测装置。
[0036]一种探测装置，用于轨道角动量片上探测用途，包括泵浦光源、空间光调制器以及零模式串扰的轨道角动量片上探测器，所述泵浦光源用于提供光源，所述空间光调制器用于将所述泵浦光源的高斯光束调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种零模式串扰的轨道角动量片上探测器，其特征在于，包括透明基底部件以及纳米线，所述透明基底部件的第一表面具有膜层，所述膜层上贯穿有多条弧形的纳米狭缝，多条弧形的所述纳米狭缝组成等离激元超表面结构，多条弧形的所述纳米狭缝间隔设置；所述纳米线的数量为多个，多个所述纳米线间隔设置在所述膜层上，所述纳米线为钙钛矿纳米线。2.根据权利要求1所述的零模式串扰的轨道角动量片上探测器，其特征在于，所述纳米狭缝呈半圆弧形状，所述等离激元超表面结构的多个所述纳米狭缝组成同心弧，所述等离激元超表面结构的圆心两侧分别设置有至少一个所述纳米线，所述纳米线的端部朝向所述等离激元超表面结构的圆心。3.根据权利要求2所述的零模式串扰的轨道角动量片上探测器，其特征在于，所述纳米线分别与所述等离激元超表面结构的同心弧的法线轴呈60
°
～70
°
夹角。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的零模式串扰的轨道角动量片上探测器，其特征在于，所述纳米狭缝的宽度为150～200nm，周期为450～600nm，初始半径为1575～1800nm，深度为200～300nm。5.一种权利要求1
‑
5任意一项所述的零模式串扰的轨道角动量片上探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备膜层；所述膜层的制备方法为：在真空条件下，通过热蒸发镀膜系统将银颗粒蒸发到透明基底部件上凝结成膜形成所述膜层；在所述膜层上制备等离激元超表面结构，所述等离激元超表面采用聚焦离子束在所述膜层上刻蚀多条弧形的所述纳米狭缝得到；将纳米线通过光纤探针转移至所述等离激元超表面预设位置处。6.根据权利要5所述的零模式串扰的轨道角动量片上探测器的制备方法，其特征在于，所述纳米线的制备方法包括如下步骤：将CsBr粉末和PbBr2粉末...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓霞，何承林，潘安练，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。