一种表面等离激元陷波滤波器制造技术

一种表面等离激元陷波滤波器，涉及表面等离激元。设有表面等离激元槽型波导和至少两个长方体共振腔，所述至少两个长方体共振腔嵌入表面等离激元槽型波导中，所述表面等离激元槽型波导设有金属膜和两条金属带，所述两条金属带设有金属膜上表面，两条金属带相互平行，两条金属带的宽度相同，两条金属带的高度相同，表面等离激元槽型波导除金属膜和两条金属带以外，其它部分是空气或介质。利用介质腔共振的波长选择性实现表面等离激元滤波。不但对表面等离激元具有良好的波长阻断性，而且设计灵活、结构简单，尺度小，成本低，容易加工，非常适合集成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面等离激元，尤其是涉及一种表面等离激元陷波滤波器。
技术介绍
表面等离激元(Surface Plasmon Polariton)是一种局域在金属/介质表面的电磁场表面模式，其特点是电磁场强度在垂直于金属表面的方向上指数衰减；并且以大于介质中同频率光子的波数沿金属表面传播。在一定条件下，光和表面等离激元之间可以实现能量转换。这使得人们可以利用表面等离激元在微米乃至纳米尺度的范围内对光进行操控。基于表面等离激元的各种功能器件的研究以及相关理论研究成为近年来的热点，吸引着众多科研人员的关注。由于表面等离激元具有较大的传输损耗，根据传统的滤波器原理来设计表面等离激元滤波器将导致器件性能不高，且无法获得小尺度的器件。因此，需要根据表面等离激元的特点来设计和实现滤波器，这始终是实现表面等离激元滤波器的难点。([1]W.L.Barnes,A.Dereux,and T.W.Ebbesen,“Surface plasmon subwavelength optics,”Nature 424,824–830(2003))。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面等离激元陷波滤波器。本专利技术设有表面等离激元槽型波导和至少两个长方体共振腔，所述至少两个长方体共振腔嵌入表面等离激元槽型波导中，所述表面等离激元槽型波导设有金属膜和两条金属带，所述两条金属带设有金属膜上表面，两条金属带相互平行，两条金属带的宽度相同，两条金属带的高度相同，表面等离激元槽型波导除金属膜和两条金属带以外，其它部分是空气或介质。所述表面等离激元槽型波导的横截面为开口矩形腔，两条金属带的宽度可为0.6μm，两条金属带的高度可为0.8μm，两条金属带的间距可为0.5μm。所述金属带的材料不限，可选自金、银、铝等中的一种；所述介质的材料不限，可选自空气、玻璃、水等的一种，只要在需要的波段能支持表面等离激元的传播即可。金属膜的厚度和金属带的宽度和高度不严格限制，可视具体情况调整优化，一般大于表面等离激元在金属中的穿透深度。当表面等离激元在槽型波导中传输时会被共振腔散射，特定波长的表面等离激元经过共振腔后形成透射率谷。谷的位置、数目、深度和半宽与腔的几何尺寸、排列方式等有关。通过调节腔的尺寸、数目和间距，可以实现具有单个或多个陷波带的表面等离激元陷波滤波器。本专利技术中金属和介质材料不限制，可以分别是金、银、铝和空气、玻璃、水等，只要在需要的波段能支持表面等离激元的传播即可。金属膜的厚度和金属带的宽度和高度不严格限制，可视具体情况调整优化，一般大于表面等离激元在金属中的穿透深度。本专利技术的优点在于利用介质腔共振的波长选择性实现表面等离激元滤波。这种结构不但对表面等离激元具有良好的波长阻断性，而且设计灵活、结构简单，尺度小，成本低，容易加工，非常适合集成。附图说明图1为本专利技术中的金属槽型波导结构示意图；图2为本专利技术的金属槽型波导中表面等离激元基模电场分布图；图3为本专利技术实施例一陷波滤波器的结构示意图；图4为本专利技术实施例一产生的透过谱(L＝0.9μm,D＝0.4μm)；图5为本专利技术实施例一产生的透过谱(L＝1.4μm,D＝0.7μm)；图6为本专利技术实施例二陷波滤波器的结构示意图；图7为本专利技术实施例二产生的透过谱(L1＝L2＝0.9μm,D1＝D2＝0.4μm,S＝1.0μm)；图8为本专利技术实施例二产生的透过谱(L1＝L2＝0.9μm，D1＝0.4μm，D2＝0.45μm，S＝1.0μm)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的做进一步的详细描述。参见图1～6，本专利技术实施例设有表面等离激元槽型波导和至少两个长方体共振腔3，所述至少两个长方体共振腔3嵌入表面等离激元槽型波导中，所述表面等离激元槽型波导设有金属膜1和两条金属带2，所述两条金属带2设有金属膜1上表面，两条金属带2相互平行，两条金属带2的宽度相同，两条金属带2的高度相同，表面等离激元槽型波导除金属膜和两条金属带以外，其它部分是空气或介质。所述表面等离激元槽型波导的横截面为开口矩形腔，两条金属带2的宽度G可为0.6μm，两条金属带2的高度H可为0.8μm，两条金属带2的间距W可为0.5μm。所述金属带的材料不限，可选自金、银、铝等中的一种；所述介质的材料不限，可选自空气、玻璃、水等的一种，只要在需要的波段能支持表面等离激元的传播即可。金属膜的厚度和金属带的宽度和高度不严格限制，可视具体情况调整优化，一般大于表面等离激元在金属中的穿透深度。本专利技术的表面等离激元滤波器的特性和金属材料、表面等离激元频率、波导的几何尺寸、介质腔的几何尺寸以及排列方式有关。通过求解麦克斯韦方程组及边界条件或用电磁场计算软件(有限元、FDTD等)可求得透射谱。所述表面等离激元槽型波导的横截面是一个开口矩形腔。这种波导能支持表面等离激元的传播，图2给出表面等离激元在一个槽型波导(W＝0.5μm，G＝0.6μm，H＝0.8μm)中真空波长为900nm的基模的横向电场分布，可见能量主要被束缚在波导的底部。通过在槽型波导的金属带中嵌入表面等离激元共振腔3就形成了本专利技术的陷波滤波器(见图3)。共振腔长度为L，深度为D，高度同金属带高度。图3只画出了两个对称的共振腔，实际应用中多个共振腔可以串联。当表面等离激元在槽型波导中传输时会被共振腔散射，特定波长的表面等离激元经过共振腔后形成透射率谷。谷的位置、数目、深度和半宽与腔的几何尺寸、排列方式等有关。通过调节腔的尺寸、数目和间距，可以实现具有单个或多个陷波带的表面等离激元陷波滤波器。本专利技术中金属和介质材料不限制，可以分别是金、银、铝和空气、玻璃、水等，只要在需要的波段能支持表面等离激元的传播即可。金属膜的厚度和金属带的宽度和高度不严格限制，可视具体情况调整优化，一般大于表面等离激元在金属中的穿透深度。以下给出具体实施例。实施例一图3给出本专利技术实施例一陷波滤波器的结构示意图。波导的材料是金，金膜厚度为400nm，金属带宽度G＝1.0μm，高度H＝1.8μm，波导宽度W＝1.6μm。腔的长度L＝0.9μm，深度D＝0.4μm。滤波器放置在玻璃衬底上，其余介质为空气。数值模拟的表面等离激元经过介质腔后的强度(电场平方)透射谱见图4，横坐标是入射表面等离激元的真空波长。在1.34μm处透射率陡降至0.17，即实现了陷波滤波。阻带宽度(半宽)为30nm。调节腔体的尺寸，可以在实现具有两个陷波带的滤波器。例如当L＝1.0μm，D＝0.7μm时，透射谱见图5，在中心波长1.25μm和1.67μm处透射率陡降至0.16和0.15。阻带宽度分别34nm和73nm。实施例二可以利用多个共振腔的串联进一步增强滤波性能。图6给出本专利技术实施例二陷波滤波器的结构示意图。对比实施例1的结构，引入两对间隔为S的同尺寸的介质腔使滤波器具有更深的透射谷值。例如，当波导的材料是金，金膜厚度为400nm，金属带宽度G＝1.0μm，高度H＝1.8μm，波导宽度W＝1.6μm。两腔长度L1＝L2＝0.9μm,深度D1＝D2＝0.4μm,间隔S＝1.0μm。滤波器放置在玻璃衬底上，其余介质为空气。表面等离激元经过介质腔后的强度(电场平方)透射谱见图7。与实施例1的图4相比，在相同的阻带位置(1.34μm处)透射率进一步降至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面等离激元陷波滤波器，其特征在于设有表面等离激元槽型波导和至少两个长方体共振腔，所述至少两个长方体共振腔嵌入表面等离激元槽型波导中，所述表面等离激元槽型波导设有金属膜和两条金属带，所述两条金属带设有金属膜上表面，两条金属带相互平行，两条金属带的宽度相同，两条金属带的高度相同，表面等离激元槽型波导除金属膜和两条金属带以外，其它部分是空气或介质。

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元陷波滤波器，其特征在于设有表面等离激元槽型波导和至少两个长方体共振腔，所述至少两个长方体共振腔嵌入表面等离激元槽型波导中，所述表面等离激元槽型波导设有金属膜和两条金属带，所述两条金属带设有金属膜上表面，两条金属带相互平行，两条金属带的宽度相同，两条金属带的高度相同，表面等离激元槽型波导除金属膜和两条金属带以外，其它部分是空气或介质。2.如权利要求1所述一种表面等离激元陷波滤波器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家园，张家森，
申请(专利权)人：厦门大学，北京大学，
类型：发明
国别省市：福建;35