基于表面等离子体激元的多环谐振带阻滤波器的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang5658
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表面等离子体激元是在介质与导体的交界面上传播的一种电磁波,它是由导体中的自由电子与激发电磁场之间的相互作用而引起的,并且在界面的垂直方向上呈指数形式衰减。表面等离子体激元具有近场增强、表面高度局域等光学特性,这些特性已经使其成为了近年来近场光学研究的热点,而对于表面等离子体激元的广泛研究也及大地促进了纳米光学、生物光子学、光电子学等学科的发展。同时,表面等离子体激元还具有广泛的应用,光子芯片、光学滤波器、光开关、光学天线、SPPs元器件和回路、纳米波导和纳米光电器件等都得益于人们对SPPs的深入研究和利用。本文则重点对光学滤波器开展了研究,设计了一种多环谐振的带阻滤波器,并采用FDTD的数值模拟方法对其光学传输特性进行了研究:本文首先研究了单环谐振腔的光学传输特性,利用FDTD数值模拟方法研究了其在700-1050nm波段的传输特性。结果表明:当圆环的半径增大时,传输波谱的共振峰会线性地向长波方向移动,即共振波长红移;当在圆环内添加不同折射率的介质时,传输波谱的共振峰同样会线性地移动,即随着环型谐振腔折射率的增大,共振波长会发生红移;这些结果可以用环型谐振腔的共振理论来解释。最后研究了波导通道与环型谐振腔之间的耦合间距对传输曲线的影响,随着耦合间距的增大,共振峰会发生轻微地蓝移,半高峰宽会显著减小,滤波效果明显变差,该结果可以用时域耦合模式理论来解释。其次,本文研究了双圆环谐振腔的共振情况。结果表明:当两圆环的半径相同时,无论两圆环位于波导通道的同侧还是分别位于波导通道的两侧,和同半径的单环结构相比,传输波谱都基本重合,共振波长相同,而且仅较单环结构出现一些展宽,但是共振波长的传输效率比单环提高一倍,可以达到0.02%。这表明当谐振腔半径相同时,一旦确定了谐振腔的结构参数,共振模式即确定,而谐振腔的个数对共振波谱影响较小,这对我们后续进行多波长滤波具有启发性和指导意义。当两圆环半径不同时,共振波长会在不同的位置,可以实现两个不同波长的同时滤波。最后基于以上我们对单环与双环滤波性能的研究,设计了一种四环的带阻滤波器。将环型谐振腔的数量增加到四个,并且半径分别为160nm,180nm,200nm,220nm,实现了四个波长的同时滤波。我们的多波长可调滤波器可以在高密度集成光电路中具有重要的应用。
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