基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究

基于金属-电介质-金属波导结构,提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器,采用有限元法研究了其透射特性.在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰,并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物理机理.数值研究同时表明当每个支节长度线性增加时,透射峰中心波长也将线性增加.这一结果可用于指导可调谐、多通道窄带滤波器的设计.

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.

反对称介质-金属结构中的表面等离激元

利用反对称半无限介质-金属结构实现了表面等离激元的高反射率。计算了反对称半无限金属-介质结构中正入射和斜入射表面等离激元的反射和透射。限制介质的厚度,将电磁场表示成各离散本征模式的叠加,根据边界条件得到反射系数和透射系数矩阵。介质厚度趋于无穷时,得到反对称半无限介质-金属结构中表面等离激元反射系数和透射系数的近似解析表达式,计算结果与数值解相吻合。最后分析了斜入射表面等离激元的反射率和透射率与入射角的关系。

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.

基于水凝胶的颜色动态可调的金属-介质-金属结构

提出一种基于聚乙烯醇水凝胶(PVA)的金属-介质-金属结构,用于实现颜色动态可调的结构色传感器。利用PVA薄膜对相对湿度的溶胀/收缩和折射率变化响应,并结合法布里-珀罗(F-P)共振效应,实现了F-P共振波长随相对湿度变化而发生偏移,结构色随环境相对湿度的改变而变化。实验结果表明,当环境相对湿度在3.0%~84.2%范围内变化时,结构的颜色会发生显著变化,在CIE 1931色度空间中显示为坐标顺时针旋转,平均相对湿度灵敏度可达0.998 nm/%。该传感器色彩显示丰富,颜色随相对湿度变化明显,灵敏度较高,响应迅速,在湿度传感结合色彩显示的环境检测研究领域具有良好的应用前景。

多狭缝金属-介质-金属结构等离子体可见光分束器

提出了金属-介质-金属(MIM)结构三缝、四缝波导结构的增强型可见光分束器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理,改变多缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度及缝宽度等参数,可使波长不同的两束可见光通过多缝亚波长结构后实现分束效果。利用时域有限差分(FDTD)法进行数值模拟,发现多狭缝结构比双缝结构有更高的分束比。上述设计结构可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,可应用于集成光学及光通信领域。

基于圆形腔的表面等离子体带阻滤波器研究

为研究弯曲波导结构的双边耦合效应对耦合强度的影响,提出一个弯曲波导耦合内嵌十字银条的圆形空腔带阻滤波器,采用有限元法对滤波器结构进行仿真分析。与现有直波导耦合内嵌十字银条的圆形空腔结构对比,弯曲波导结构具有更好的滤波性能,例如最小透射率降低10.44%;改变银条尺寸时模式2阻带透射率值降低近60%。进一步研究表明,通过调整内嵌银条尺寸及相对角度能够实现共振波长调谐、单频带与双频带的切换以及对半峰带宽等的控制,最小半峰带宽分别为11.0152 nm和9.9869 nm。并且对于介质折射率的变化(变化范围为1~1.12),该结构折射率灵敏度保持恒定。所提出的滤波器结构具有良好的频选及窄带带阻滤波特性,在窄带滤波和波分复用等系统中具有重要应用价值。

一种基于矩形腔的MIM波导滤波器的滤波特性研究（英文）

理论提出并研究了一种基于矩形腔的窄带金属-介质-金属波导滤波器.建立滤波器内电场的传递矩阵模型,研究了矩形微腔与直通波导间耦合特性对器件滤波特性的影响.同时,研究了耦合长度、矩形微腔腔长、传输损耗等因素对滤波带宽的影响.研究结果表明,对于不同的矩形微腔腔长,存在一个可使器件滤波带宽达到最窄的耦合系数.此外,当微腔腔长越长且传输损耗越小时,滤波带宽也将越窄.该研究为表面等离子体波导的研究与设计提供了一定的参考.

基于表面等离子激元的多通道滤波器设计

设计了一种由一个槽型腔和两个波导耦合构建的金属-介质-金属(MDM)滤波器,并利用时域有限差分法对该结构进行了仿真研究,分析了主要结构参数对滤波器传输特性的影响。研究发现:纵向位移L_(d)对传输特性有重要影响,会导致新的谐振峰出现;在一定范围内,槽腔宽度W_(c)的增加使得透射峰增加并且更均匀地分布在600~1500 nm范围内。通过参数优化最终设计了分布于550、730、920、1330 nm波段窗口附近的多通道滤波器,该设计透射峰窄、品质因子良好,且结构简单、易于集成、制作方便,能够很好地运用在波分复用系统及光通信中。

MIM等离子波导与介质平板波导耦合性分析

提出了一种新型MIM(金属-介质-金属)等离子光波导与二维介质平板波导耦合器结构,该结构通过利用波导接口处的谐振效应来增大波导之间的耦合效率,降低传输损耗。采用FDTD(有限时域差分)法进行了数值计算,结果表明,在波长1.55μm处,谐振腔距离接口230nm、深度为420nm时耦合效率得到大幅度提高,耦合效率比传统的耦合结构模型能够提高20%~30%。

增强型局域表面等离子体共振纳米直写光刻

本文将Bowtie孔径结构与金属-介质-金属结构相结合,提出了一种新的局域表面等离子体共振纳米直写光刻结构,得益于金属-介质-金属结构中顶层透射Ag对透射光的放大增强以及底层反射Ag对透射光的反射补偿作用,聚焦光斑的尺寸得到压缩的同时深度得到了显著提高,理论仿真中当焦斑的FWHM为28 nm时,焦斑深度可以达到20 nm以上,这相对于传统纳米直写光刻结构,将焦斑的深度提升了4倍。随后,通过相关验证实验在光刻胶中获得了FWHM为47 nm,曝光深度为25 nm的焦斑图形,进一步证实了该结构在压缩焦斑尺寸以及提升焦斑深度上的显著优势。

基于表面等离子激元的拱型谐振腔滤波器设计

基于边界耦合的方法构造一种基于金属-介质-金属(MIM)纳米谐振腔波导组成的滤波器,该结构由1个拱型谐振腔和1个矩阵波导管组成。通过有限元法(FEM)仿真分析拱型腔波导MIM结构滤波器的传输特性曲线、谐振波长和磁场分布图。研究结果表明该拱型腔滤波器具有平滑的传输曲线、平坦的通带、较宽的带宽,且通带透射率高达0.976,阻带透射率低至0.001,这表示此结构滤波器具有良好的滤波特性。通过对该拱型结构滤波器进行参数优化,可以在光通信波段的三个通信窗口上实现通道选择的滤波功能,该结构滤波器在高密度光集成电路和纳米光学中具有广阔的应用前景。

基于MIM结构等离子体波导定向耦合器

理论设计了带有扇环共振微腔的弯曲金属-介质-金属(MIM)波导结构,利用共振微腔结构控制表面等离子体波在扇环直角顶点处的定向传播。通过有限时域差分(FDTD)法计算带有扇环微腔结构的直波导透射率与波长关系,并计算扇环微腔结构与传播波导间的间隔对光学性质的影响,发现此微腔波导结构具有较高的透射率,可以在特定波长位置实现滤波效果。基于上述理论设计三路、四路弯曲波导结构,实现表面等离子体波在弯曲波导处的分束、全反射等定向传输特性。该结构具有极强的光束缚效应,在纳米尺度对光进行传输,解决了光信号的反射、传输问题,在光集成、光通讯、光信息处理等方面有较好的应用前景。

双缝波导结构表面等离子体可见光分束器设计

理论设计了一种金属-介质-金属(MIM)双缝结构的表面等离子体可见光分光器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理,改变双缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度、双缝宽度等参数,可使波长不同的两束可见光通过双缝亚波长结构后实现表面等离子分束的效果。设计过程中采用时域有限差分法(FDTD)进行数值模拟,分别模拟计算了双缝宽度相同填充介质不同和双缝填充介质相同宽度不同两种情况下的光场分布,且都得到了较好的分束效果,最大分束比可达12。该设计结构简单,可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,具有较好的应用前景。