基于表面等离子体基元的双腔微纳结构滤波器的研究

• 作 者: 黄桥东
• 机 构: 华南师范大学
• 出 处: 华南师范大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 表面等离子体 耦合模 双腔微纳结构 侧腔耦合 滤波器

伴随着光子学往微纳尺度的方向蓬勃发展的同时,纳米光子学不可避免地碰到传统衍射极限这个问题。为了实现突破衍射极限的限制,表面等离子体基元(SPP)的研究及应用因此越来越受到人们的关注并成为研究热点。表面等离子基元是电磁波被耦合到金属表面的自由电子并且被约束在金属表面和介质表面传播的一种电磁表面波。同时,相对于其它波导形式,表面等离子体结构更加紧凑,因而更容易集成到光学线路中去。因此,设计和研究具有微纳尺寸,可以突破衍射极限,并且具有多种良好光学性能的表面等离子体器件,是实现大规模集成电路和微结构光子学元器件迅速发展的一条极具潜力的道路。　　
从耦合模理论入手,分析了无损耗谐振腔和有内损耗谐振腔两种系统的耦合理论。接着利用耦合模理论(CMT),时域有限差分法和完美匹配边界条件,对双腔耦合结构进行理论推导和分析,得出了其透射率和共振最小透射率的表达式,然后分析了内损衰减率1/τo和逸散衰减率1/τe对半高全宽和共振最小透射率的影响。　　
介绍和对比了多款基于MDM结构的表面等离子体器件,归纳出了MDM结构在集成光子电路领域的几个优点；通过单侧腔耦合结构和双侧腔耦合结构的透射率输出特性的对比,发现了双侧腔耦合结构在作为微纳尺寸滤波器方面具有独特的性能。　　
模拟和分析了腔的长度,宽度以及腔到波导距离等几个参数对透射共振波长的影响,总结出了如何利用通过改变腔的几何参数(长宽等)来对滤波器的工作波长进行调节的规律。最后,我们给出了在1550nm和1310nm两种入射波长不同结构下的磁场分布场图,并通过这些模拟实验验证了我们的理论。