基于表面等离子激元的凸环结构金属-介质-金属滤波器设计

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器,该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布,分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明,所提出的凸环滤波器具有透射峰窄,谱线平滑等特点,且阻带透射率最低可达0.001,通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移,增大结构参量L1时,透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化,相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850nm)和第三通信窗口(1 550nm)附近,能够很好地运用于光通信中.

基于一种易于制作的混合型表面等离激元波导结构的超紧凑截线滤波器(英文)

提出并分析了一种结构紧凑的截线型滤波器。该滤波器建立在一种硅基混合型表面等离激元波导结构上。与通常的混合等离激元结构相比,该波导结构在制作时只需对顶部的一层硅材料进行刻蚀,不需在光刻步骤进行对准和套刻,工艺简单易行。该截线滤波器由一截突柱波导与直波导耦合组成,并采用三维时域有限差分方法对其频谱响应进行模拟计算。计算结果表明该滤波器与现有文献中的二维金属-绝缘体-金属波导截线滤波器具有类似的频谱特性。另外,还进一步分析了截线部分及波导自身尺寸对器件输出频谱的影响。

基于CRLH TL结构的带通滤波器设计与研究

基于复合左右手传输线（CRLH TL）原理,利用微带与共面波导组合的双层介质结构,设计了一种新型带通滤波器.其等效左手电容由金属-绝缘体-金属（MIM）耦合结构提供,等效左手电感由蘑菇型零阶谐振器（MZOR）中的短路通孔实现.通过研究MZOR中U型槽长度变化对滤波器性能的影响得知,该带通滤波器具有结构紧凑,带宽较大,插入损耗较小等优点.HFSS仿真结果显示,滤波器的通带为3.4～7.2 GHz,通带内插入损耗低于-0.5 dB,回波损耗小于-11.5 dB.因此,该滤波器可应用于超宽带无线通信系统.

边界耦合斜对称双矩形环金属-绝缘体-金属结构滤波器与电光开关的设计

基于表面等离子激元构造了一种边界耦合模式的金属绝缘体金属结构滤波器,该滤波器由两个斜对称矩形环谐振腔及波导管所组成,采用有限元法对该滤波器进行仿真计算和分析,得到它的磁场分布图和透射谱线图。结果表明,该滤波器在通带部分的透射率最高可达0.969,阻带部分的透射率最低接近为0,同时还具有通带与阻带较宽、透射谱线平滑的特点。调节结构参数可使得透射谱线图发生红移或蓝移的现象,设置特定的结构参数可以实现在保持第一通信窗口通过的状态下,对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能,因此,该滤波器可作为一种带通/带阻滤波器,在高密度集成电路和光纤通信中有着非常重要的应用。另外通过结构的改进并加入电光材料DAST实现了一种电光开关的功能。

基于MIM谐振腔内嵌金属方芯结构的可调谐Fano共振

设计了一种由内嵌金属方芯的金属-绝缘体-金属方形气腔以及两个侧耦合波导组成的耦合结构,并采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明:通过对气腔内金属方芯偏离角和偏离距离的调节可以获得并调制Fano共振;该Fano共振由对称破缺或几何效应影响左右波导和谐振腔之间耦合区域中的场分布强度所致,场分布模式的变化是由波导模和腔模之间的干涉引起的.此外,Fano共振的光谱位置和调制深度对偏差参数十分敏感,通过计算不同偏差角及偏差距离下的折射率传感特性发现,其折射率敏感度最高达1 508nm/RIU,品质因数最高达1 308.研究结果为设计更加灵活、简单、高效的片上等离子体纳米传感器提供了理论依据.

基于表面等离子激元的口径耦合多功能非对称半圆腔滤波器设计

采用口径耦合的方法构造了一种金属-介质-金属非对称结构滤波器,由两个半圆腔通过两个矩形口径与波导管相连形成.运用有限元法仿真计算获得了该结构的磁场、透射谱、带宽及边沿陡峭度分布曲线.研究结果表明,通过调节结构参数,滤波器的透射曲线出现明显的红移或蓝移现象,且曲线分布平滑,其通带透射比高达0.95,阻带则具有平坦特性且透射比低至0.001,通带、阻带均具有较宽的带宽.对滤波器进行结构参数优化,可以实现类似矩形滤波器的特性,在光通信波段的三个通信窗口能够实现通道选择的滤波功能.该滤波器在微纳光学器件集成尤其是光通信系统中有良好的应用前景.

太赫兹滤波器的仿真

对基于高电阻系数硅的金属结构太赫兹滤波器进行了设计仿真,采用时域有限积分算法并通过三维全波仿真软件对滤波器结构中各项参数对性能的影响做了比较和研究,为太赫兹滤波器的设计提供了理论支撑。

太赫兹波段金属矩形孔高通滤波器

针对太赫兹波段高通滤波器,介绍了利用光刻工艺在镀有铝层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上进行亚波长结构样品的实验室制备过程,主要研究了亚波长矩形金属孔阵列结构对太赫兹波透射特性的影响,并利用仿真软件对这种结构的高通滤波特性进行了理论分析。对矩形孔结构中孔的大小和金属线宽对高通滤波效果的影响做了数值分析,并建立了相应的数学模型。

内嵌金属块的金属-绝缘体-金属波导光透射特性

采用有限时域差分法,研究了内嵌金属块长度与夹缝宽度对金属-绝缘体-金属波导结构的光透射特性的影响。研究发现,此结构相比较于单一直波导而言,出现了一个很明显的透射峰。并且当金属块的长度较大时,其与波导上表面的金属之间形成的夹缝会构成法布里-珀罗腔,高阶共振模式被激发,能量在腔内不断谐振,从而产生多个不断衰减的共振峰。同时,提出了一种基于内嵌双金属块结构的表面等离激元带通滤波器,此滤波器在共振峰以外波段的透射率可以下降为0,且其共振波长可以通过改变金属块的长度等参数进行调节。

双节MIM结构表面等离子体窄带光学滤波器

基于双节金属-绝缘体-金属(MIM)结构,设计了一种表面等离子体(SPs)型窄带光学滤波器。该滤波器有两块金属夹层,两夹层之间由一块金属薄膜分隔的两节绝缘介质层组成;每节绝缘介质层包含结构一致的4个周期,每个周期由一个高折射率绝缘介质和一个低折射率绝缘介质构成。光波进入到该波导结构同时激发出不同谐振波长下的长程表面等离子体(LRSPs)和短程表面等离子体(SRSPs),形成多个透射峰。在整个双节绝缘介质层中间处插入一块金属薄膜,不仅增大金属薄膜两端光波的耦合距离、压缩透射峰的3dB信道带宽,而且能实现LRSPs/SRSPs共振波长的蓝移(红移),使特定波长处两者的透射峰发生重合,形成具有高对比度的窄带透射峰。有限时域差分法研究表明:在1.3μm波长处获得3dB信道带宽为9.2nm的窄带透射峰,其峰-谷对比度为37.2dB;进一步将金属薄膜宽度增加到55nm,3dB信道带宽可降至7.2nm,峰-谷对比度升至40.1dB,获得了良好的窄带滤波性能。

一种用于传感的多Fano通道高灵敏度MIM波导

提出了一种金属-绝缘体-金属波导结构,该结构由带有中央矩形空气路径的方形环谐振腔和带有挡板的总线波导组成。利用有限元法研究了该结构的磁场分布、透射特性和传感性能。仿真结果表明,谐振腔中的中央矩形空气路径可以改变表面等离极化激元在谐振腔中的传播路径,提供更多的等离子体共振模式。在所提出的结构中可以激发四重Fano共振,透射谱中形成一个滤波带。改变结构参数可以调节Fano共振的个数,最多可以获得6个Fano共振和两个滤波带,还可以对Fano共振的位置、强度以及滤波带的宽度进行灵活方便的调节。该结构的最大灵敏度和品质因数分别为3028 nm/RIU和157.14,可用于制作多波段带阻滤波器和检测葡萄糖等液体浓度的传感器。

基于表面等离子激元的非对称矩形环腔电可调滤波器设计

基于口径耦合的方法提出了金属-绝缘体-金属电压可调滤波器,该滤波器由两个非对称的矩形环腔和一个矩形波导管组成,其中非对称的矩形环腔内填充有机电光材料4-二甲氨基-N-甲基-4-甲苯磺酸盐(DAST)。利用有限元法仿真分析了非对称矩形环腔波导结构的透射光谱、谐振波长分布和磁场强度分布。结果表明,该滤波器的传输频谱比较平滑,通带带宽和阻带带宽较宽,通带的透射率高达97%,阻带的透射率低至0.01%。该滤波器的特性不仅可以通过改变结构参数进行调整,还可以通过施加控制电压进行调节,可调节性较高,且优化结构后阻带带宽更宽,可在集成光学中应用。

非对称共振腔结构的可调等离子体诱导透明效应

设计了一种可调的等离子体诱导透明(PIT)效应的双槽谐振器的金属-绝缘体-金属(MIM)表面等离子体波导结构。利用微腔共振模式实现对表面等离子体在波导中传输操控。分别改变槽的长度,两槽之间的距离和槽填充材料的介电常数实现特定滤波效应,结合电场分布分析表面等离子体在波导中共振产生的电磁诱导透明现象,并设计动态可调的等离子体诱导透明效应器件。利用有限元法(FEM)对设计进行数值模拟。

隧道效应的转移哈密顿理论及隧道谱

本文介绍了金属－绝缘体－金属结构中隧道效应的转移哈密顿理论，讨论了非弹性隧道效应和弹性共振隧道效应以及它们的某些实验应用．最后简要介绍了近几年发展起来的一种新型表面分析技术——扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）及其转移哈密顿理论给出的一些重要结果．