MIM型表面等離子體濾波器的透射信道性能優(yōu)化研究.pdf

1、表面等離子體(Surface plasmons，SPs)是局域在金屬-絕緣介質界面的一種特殊電磁場形式，它沿著金屬表面?zhèn)鞑ァ⑶掖怪庇诮缑嫦騼蓚戎笖?shù)衰減。由于它獨特的表面?zhèn)鞑ヌ匦?，基于SPs的金屬納米結構能夠將光局限在亞波長尺度內，因此被認為在未來納米集成光子回路或器件中具有重要應用。
　　目前，人們已經(jīng)利用各種形狀的金屬結構來設計SPs波導，包括金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal，MIM)波導、金屬棒、

2、V型槽以及楔型結構等。其中，MIM波導相對于其它波導結構具有一些獨特的優(yōu)勢:它能夠把表面等離子體波束縛在更小的范圍內，有利于實現(xiàn)更高集成度的光子線路;結構簡單，便于制作加工。因此近年來，MIM型波導及器件的研制得到了廣泛關注。本論文正是針對目前MIM型表面等離子體濾波器在信道3dB帶寬，信道對比度和信道平坦度方面性能不足，開展了性能優(yōu)化研究。
　　首先從單信道MIM型表面等離子體濾波器結構出發(fā)，提出了兩種設計方案，能夠在常用通信波

3、段(1.3或1.55μm)獲得窄帶信道。其一，設計了一種雙節(jié)MIM結構表面等離子體窄帶光學濾波器。該濾波器有兩塊金屬夾層，兩夾層之間由一塊金屬薄膜分隔的兩節(jié)絕緣介質層組成;每節(jié)絕緣介質層包含結構一致的4個周期，每個周期由一個高折射率絕緣介質和一個低折射率絕緣介質構成。利用有限時域差分法(Finite-difference time-domain, FDTD)對其進行數(shù)值仿真，在1.3μm波長處獲得3dB信道帶寬為9.2nm的窄帶透射峰，

4、其峰-谷對比度為37.2 dB。其二，將常規(guī)光纖光柵中相移概念移植到MIM型濾波器設計中，通過在MIM波導絕緣層內引入單個或多個相移結構，可以在其表面等離子體帶隙中獲得相應的單個或多個透射信道。進一步研究發(fā)現(xiàn)，通過調節(jié)多個相移結構的分布間距，能夠在該表面等離子體濾波器中獲得單個超窄帶信道或者多個平坦度良好的梳狀信道，從而可以設計成單信道窄帶濾波器或者平坦多信道濾波器。
　　進而，在多信道MIM型表面等離子體濾波器方面，為實現(xiàn)更優(yōu)的

5、多信道平坦度，設計了一種MIM型表面等離子體平坦多信道濾波器:該濾波器結構由兩塊金屬夾層、以及金屬夾層之間兩種不同折射率絕緣介質層交替排列的N個周期組成;所述的N個周期結構一致，由K個子周期構成，每個子周期包含一個高折射率絕緣介質層和一個低折射率絕緣介質層，第N個周期內第K個子周期缺省一個低折射率絕緣介質層，其中N、K為正整數(shù)。數(shù)值仿真結果顯示:在1-2μm波長范圍內獲得了14個平坦的梳狀信道，有效改善了信道平坦度(僅為±0.2dB)，