Las guías de ondas plasmónicas abren la posibilidad de desarrollar dispositivos ópticos dramáticamente miniaturizados y proporcionan una ruta prometedora hacia la próxima generación de circuitos nanofotónicos integrados para el procesamiento de información. computación óptica y otros. Los elementos clave de los circuitos nanofotónicos son los enrutadores plasmónicos conmutables y los moduladores plasmónicos.

Recientemente, El Dr. Joachim Herrmann (MBI) y sus colaboradores externos han desarrollado nuevos conceptos para la realización de tales nanodispositivos. Investigaron la propagación de polaritones de plasmón de superficie (SPP) en guías de ondas magneto-plasmónicas. Según los resultados de este estudio, propusieron nuevas variantes de enrutadores magneto-plasmónicos conmutables y moduladores de disco magneto-plasmónicos para diversas funcionalidades nanofotónicas. En una guía de ondas basada en una película metálica con un espesor superior a la profundidad de la piel y rodeada por un dieléctrico ferromagnético, un campo magnético externo en la dirección transversal puede inducir una asimetría espacial significativa de distribución de modos de polaritones de plasmón superficial (SPP). La superposición de los modos asimétricos pares e impares sobre una cierta distancia conduce a una concentración de la energía en una interfaz, que se conmuta a la otra interfaz mediante la inversión del campo magnético.

La magnitud solicitada de magnetización se reduce exponencialmente con el aumento del espesor de la película metálica. Basado en este fenómeno, el grupo propuso un nuevo tipo de enrutadores plasmónicos conmutables controlados magnéticamente integrados en guías de ondas. Una configuración de tal nanodispositivo se muestra en la Fig.1, que consiste en una guía de ondas metálica en forma de T rodeada por un dieléctrico ferromagnético bajo un campo magnético externo que induce una magnetización M. En la Fig.2, Los resultados numéricos para la propagación del plasmón al resolver la ecuación de Maxwell muestran el cambio de canal por la inversión del campo magnético con un alto contraste del 99 por ciento dentro del ancho de banda óptico de decenas de THz. Aquí, g es el giro g =χM, χ es la susceptibilidad magneto-óptica y g0 es un giro característico solicitado para inducir una asimetría de modo significativa. La inversión del campo magnético mediante circuitos electrónicos integrados se puede realizar con una tasa de repetición en la región de GHz. Tenga en cuenta que hasta ahora, Ha habido pocos artículos que informen sobre la realización de enrutadores plasmónicos conmutables basados ​​en nanocables de plata ramificados controlados por la polarización de la luz de entrada.

En un segundo artículo, el grupo propuso y estudió un nuevo tipo de modulador plasmónico ultrapequeño basado en una guía de ondas de metal-aislante-metal y un disco magneto-óptico de acoplamiento lateral controlado por un campo magnético externo (ver Figura 3). El cambio de número de onda y la transmisión de polaritones de plasmón de superficie (SPP) se pueden ajustar alterando el campo magnético. Se demuestra el encendido / apagado reversible de los modos SPP en funcionamiento mediante una inversión de la dirección del campo magnético externo. La mejora resonante de la modulación magneto-plasmónica en más de 200 veces conduce a una relación de contraste de modulación de más del 90 por ciento, manteniendo una pérdida de inserción moderada dentro de un ancho de banda óptico de cientos de GHz. Las simulaciones numéricas por la solución de las ecuaciones de Maxwell confirman las predicciones por las fórmulas analíticas derivadas de una modulación magneto-plasmónica de alto contraste. La figura 4 muestra la distribución de los componentes del campo magnético de los SPP en un giro g =0.03 yg =-0.03, respectivamente. Como se ve al cambiar la dirección del campo magnético externo, la transmisión de los SPP se cambia de un estado desactivado a activado a través del patrón de interferencia modificado en la guía de ondas.