ハイブリッドプラズモニック導波路

ハイブリッドプラズモニック導波路は、誘電体導波路とプラズモニック導波路によって導かれた光を結合することで、強力な光閉じ込めを実現する光導波路です。高屈折率の媒体（通常はシリコン）と金属表面（通常は金または銀）を小さな隙間で 分離して形成されます。

誘電体導波路は、全反射を利用して高屈折率領域に光を閉じ込めます。非常に低い損失で長距離にわたって光を導くことができますが、光の閉じ込め能力は回折によって制限されます。一方、プラズモニック導波路は、表面プラズモンを利用して金属表面の近くに光を閉じ込めます。プラズモニック導波路の光閉じ込め能力は回折によって制限されず、^[1]結果として、非常に小さな体積に光を閉じ込めることができます。ただし、これらのガイドは、ガイド構造の一部として金属が存在するため、大きな伝播損失を被ります。^[2]ハイブリッドプラズモニック導波路を設計する目的は、これら 2 つの異なる導波方式を組み合わせ、大きな損失を被ることなく高い光閉じ込めを実現することでした。^{[3] [4]}この構造にはさまざまなバリエーションが提案されています。それ以来、光閉じ込め能力を向上させるため、または製造の複雑さを軽減するために、他の多くのタイプのハイブリッドプラズモニック導波路が提案されています。^{[5] [6]}

ハイブリッド プラズモニック導波路の動作は、モード結合の概念を使用して説明できます。最も一般的に使用されるハイブリッド プラズモニック導波路は、金属表面の非常に近くに配置され、低屈折率領域によって分離されたシリコン ナノワイヤで構成されます。シリコン導波路は、主にシリコン内に閉じ込められる誘電体導波モードをサポートします。金属表面は、金属表面近くに閉じ込められる表面プラズモンをサポートします。これらの 2 つの構造を互いに近づけると、シリコン ナノワイヤによってサポートされる誘電体導波モードが、金属表面によってサポートされる表面プラズモン モードに結合します。このモード結合の結果、光は金属と高屈折率領域 (シリコン ナノワイヤ) の間の領域に高度に閉じ込められます。

ハイブリッドプラズモニック導波路は、これまで報告された多くのプラズモニック導波路と比較して、低い損失で大きな光の閉じ込めを実現します。^[7]また、シリコンフォトニクス技術と互換性があり、同じチップ上にシリコン導波路を統合できます。スロット導波路と同様に、低屈折率媒体に光を閉じ込めることもできます。 これらの魅力的な機能の組み合わせにより、この新しい導波方式の応用に関する世界的な研究活動が刺激されています。 このようなアプリケーションの注目すべき例としては、小型レーザー、^[8]電気光学変調器、^[9]バイオセンサー、^{[10] [11]}偏光制御デバイス、^[12]熱光学スイッチなどがあります。^{[13] [14]}