一种基于表面等离激元波导带阻滤波器制造技术

本发明专利技术为一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器，主要由金属膜、波导管、谐振腔组成；波导管呈长条形的矩形孔，谐振腔呈方形U字形，即由一个水平方向延伸孔和两个垂直方向延伸孔组成。水平方向延伸孔与两个垂直方向延伸孔相接，两个垂直方向延伸孔的形状和尺寸完全相同，水平方向延伸孔与两个垂直方向延伸孔均为长条状的矩形孔，该矩形孔为规则的矩形。该滤波器具有结构简单、封装尺寸小、多模式、透射率高、通带平滑、阻带较窄、可调节性以及良好的品质因数。可以通过改变结构参数可以调节阻带带宽。结果表明，其阻带透射比可低至于0.01，通带最大透射比高达0.98，且顶部分布平滑。该滤波器在微纳光学集成器件具有着良好的应用前景。

A waveguide band stop filter based on surface plasmon

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面等离激元波导带阻滤波器
本专利技术关于微纳光学
，具体涉及一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器。
技术介绍
表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolartions,SPPs)是沿金属-介质交界面上传播的一种特殊电磁表面波。是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。在这种相互作用中，光波照射下的自由电子与其共振频率相同时发生了集体振荡，这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs。表面等离子体激元SPPs器件是当今世界研究热点和发展方向。随着科技的发展，信息技术深刻影响了人类的生活方式，与此同时，人们对于高速信息传输及处理有了更高的要求，并且期望科研人员能够找到体积小、高精度、高速率的新一代光电子器件。伴随着纳米科技的进步，许多表面等离子体光学器件不断向前推进，在各个领域发挥着越来越重要的作用。而滤波器在光学集成器件中就扮演着重要角色之一。滤波器作为一种对信号有处理作用的器件，也作为一种消除干扰的载体，在医疗、军事、通信等领域有着广泛的应用。但由于传统的滤波器在封装大小、处理速度等方面受到了制约，不能很好的适应光电子领域发展。而表面等离激元光学滤波器具有封装尺寸小、功耗低、易集成等方面优点，引起了越来越多的人关注和研究。近年来，表面等离子体波导滤波器被提出并加以研究。例如，有人设计了方形环腔、方形环横腔、矩形环腔等结构的带阻滤波器，其都从不同的角度对透射率、多模式、可调节等方面进行了分析研究。虽然这些结构具有体积小、可调节、阻带模式多等优点，但还存在阻带的透射率略高、通带的透射率略低，曲线不够平滑和品质因数较低等不足之处。为了克服上述的不足和获得良好的滤波器特性，本技术提出一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种表面等离子激元带阻滤波器。在原始的表面等离子激元滤波器的基础上，对金属膜上的结构进一步的改进，通过改变谐振腔的高度、宽度和位置等参数，可以发现此结构能够有效的调节带阻滤波器透射率、带宽、共振模式等性能。本专利技术具体设计了一种表面等离子激元带阻滤波器，此滤波器主要由金属膜、谐振腔与波导管构成。谐振腔与波导管均嵌套在金属膜面内，波导管呈长条状的矩形结构，谐振腔呈方形U字形结构，其内部所填充介质均为空气。谐振腔水平方向延伸孔平行于波导管，谐振腔垂直方向两个延伸孔是关于水平方向延伸孔垂直方向中线对称，并且谐振腔垂直方向两个延伸孔的高度和宽度相等。平面光从波导管的左侧平行向右入射，透射光从波导管的右侧出射；同时平面光也可以从波导管的右侧平行向左入射，透射光从波导管的左侧出射。所述金属膜的厚度可以任意符合等离激元滤波器工作条件的厚度。所述介质材料可以任意符合等离激元滤波器工作条件的材料，为了获得滤波器的最佳特性，使用空气作为介质材料。所述金属膜材料为金、银中的任意一种，其最佳的材料为金。所述金属膜长度为2400nm，宽度为2000nm。与现有等离激元滤波器相比，本专利技术表面等离子激元带阻滤波器的优点为：1.在平面光从波导管左侧向右入射，光子与金属表面产生表面等离激元，表面等离子体激元SPPs沿着波导管传输，通过谐振腔并耦合到腔内,从而实现共振耦合作用,在这种作用下,使得光透射增强、品质因数提高的等离激元滤波器；2.通过改变谐振腔的结构参数，可以使得等离激元波导滤波器具有多模式、通带平滑、透射系数高、阻带较窄、透射峰可调、选频特性好以及良好的品质因数。3.结构简单，易于加工，封装尺寸小，集成度高，为微纳集成光电子器件提供了一种新的等离激元滤波器。附图说明图1为本专利技术一种表面等离激元带阻滤波器的立体结构示意图。图2为本专利技术一种表面等离激元带阻滤波器的平面结构示意图。图3为本专利技术谐振腔水平方向延伸孔不同长度时的透射光谱图。图4为本专利技术谐振腔水平方向延伸孔不同宽度时的透射光谱图。图5为本专利技术谐振腔垂直方向延伸孔不同长度时的透射光谱图。图6为本专利技术谐振腔水平方向延伸孔不同位置时的透射光谱图。图中标号为：1、金属膜；2、波导管；3、谐振腔；4-1、水平方向延伸孔；4-2、垂直方向延伸孔。具体实施方式下面结合附图及本实施方案对本专利技术作进一步解释说明。图1为本表面等离子激元带阻滤波器的立体结构示意图。包括金属膜1，波导管2，谐振腔3，本实例中金属膜为金膜，金属膜立体结构呈为长方体形，其厚度符合工作即可，在工作最佳时，长度为2400nm，宽度为2000nm。以波导管长方体和谐振腔方形U字体结构内嵌在金属膜体内，波导管和谐振腔体内填充介质均为空气。波导管与金属膜的厚度和长度均相等，其位置內嵌在金属膜下边的三分之一处。而谐振腔內嵌在金属膜垂直方向的中间位置，其距波导管的最短距离为10nm，且两个垂直方向腔内的宽度与波导管宽度相等。参见图2所示，谐振腔呈方形U字形，即由一个水平方向延伸孔4-1和两个垂直方向延伸孔4-2组成。水平方向延伸孔与两个垂直方向延伸孔4-2相接，两个垂直方向延伸孔4-2的形状和尺寸完全相同，水平方向延伸孔4-1与两个垂直方向延伸孔4-2均为长条状的矩形孔。图2所示为本表面等离子激元带阻滤波器的平面结构示意图，结构参数L,I,D,H,W,S,T,Z,G分别为输入输出端口与谐振腔边界的距离，谐振腔两个垂直方向延伸孔外边界距离，谐振腔水平方向延伸孔的长度，谐振腔垂直方向延伸孔的高度，介质波导管宽度，谐振腔垂直方向延伸孔的宽度,谐振腔水平方向延伸孔的宽度，谐振腔垂直方向延伸孔与波导管耦合间距，谐振腔水平方向延伸孔与波导管耦合间距。其中L,W,S,Z分别固定为600nm,100nm，100nm，10nm。其余参数的初始值为I＝800nm,D＝600nm,H＝1010nm,T＝180nm，G＝10nm。在实际实施本实用型时，需要在金属膜底下附加一层介质基底，该介质基底可以为硅(Si)或二氧化硅(SiO2)。本专利技术工作时：本实例平面光从波导管的左侧平行向右入射，入射光经共振耦合进入谐振腔，使得透射光从波导管的右侧出射。当SPPs沿着波导管传输时，经过谐振腔耦合到腔内，在腔内分别向两个垂直方向延伸孔传输，当SPPs波满足相位相消条件时，透射光谱就会产生波谷。在这种相消条件作用下，从而使光的透射增强。通过改变谐振腔水平方向延伸孔4-1的长、宽和位置以及垂直方向延伸孔4-2的长度等参数可以有效的调节光的透射现象。使此滤波器可以实现一个多模式、透射率高、阻带较窄的透射光谱。本例的工作思路是：在结构参数固定和初始值的条件下进行展开工作。①当谐振腔水平方向延伸孔的长度D＝300nm～600nm范围内变化时，所得出的透射光谱结果参见如图3；②当谐振腔水平方向延伸孔的宽度T＝180nm～360nm范围内改变时，其透射光谱结果如图4所示；③当谐振腔垂直方向延伸孔的高度H＝1110nm～1410nm范围内调节时，其得出的透射光谱结果参见图5；④当谐振腔水平方向延伸孔与波导管耦合间距G＝10nm～25nm范围内变化时，其结果如图6所示。下面结合本例实施方式，通过使用本等离激元滤波器仿真验证，得出以下结果：图3为谐振腔水平方向延伸孔4-1不同长度的透射光谱图。图中的横坐标表示平面光入射波长，纵坐标表示光出射的透射率，也称为透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器。包括金属膜(1)、波导管(2)、谐振腔(3)；波导管和谐振腔內嵌在金属膜上，波导管呈长条形的矩形孔，波导管与金属膜的厚度和长度相等；谐振腔呈方形U字形，即由一个水平方向延伸孔4‑1和两个垂直方向延伸孔4‑2组成。水平方向延伸孔与两个垂直方向延伸孔4‑2相接，两个垂直方向延伸孔4‑2的形状和尺寸完全相同，水平方向延伸孔4‑1与两个垂直方向延伸孔4‑2均为长条状的矩形孔，该矩形孔为规则的矩形。波导管和谐振腔填充介质均为空气。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器。包括金属膜(1)、波导管(2)、谐振腔(3)；波导管和谐振腔內嵌在金属膜上，波导管呈长条形的矩形孔，波导管与金属膜的厚度和长度相等；谐振腔呈方形U字形，即由一个水平方向延伸孔4-1和两个垂直方向延伸孔4-2组成。水平方向延伸孔与两个垂直方向延伸孔4-2相接，两个垂直方向延伸孔4-2的形状和尺寸完全相同，水平方向延伸孔4-1与两个垂直方向延伸孔4-2均为长条状的矩形孔，该矩形孔为规则的矩形。波导管和谐振腔填充介质均为空气。2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元波导带阻滤波器，其特征在于:谐振腔水平方向延伸孔4-1与垂直方向延伸孔4-2均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖功利，杨秀华，杨宏艳，李海鸥，张法碧，傅涛，孙堂友，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45