專利名稱：金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體型平坦多信道濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到表面等離子體效應(yīng)、光電器件、光通信與光電信號處理等領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體效應(yīng)型平坦多信道濾波器。
背景技術(shù)：
表面等離子體(surface plasmons, SPs)或者表面等離子體激元(surfacePlasmon polaritions, SPPs)是局域在金屬-介質(zhì)(又可稱之為電介質(zhì)、絕緣體)界面的一種特殊電磁場形式，它沿著金屬表面?zhèn)鞑?，且垂直于界面向兩?cè)指數(shù)衰減。由于它獨特的表面?zhèn)鞑ヌ匦?，基于SPP的金屬納米結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒐饩窒拊趤啿ㄩL尺度內(nèi)，因此在未來納米集成光路中具有重要應(yīng)用價值。其中，金屬-介質(zhì)-金屬(metal-1nsulator-metal, MIM,又可稱之為金屬-電介質(zhì)-金屬或金屬-絕緣體-金屬)波導(dǎo)是一種典型的SPP波導(dǎo)或器件結(jié)構(gòu)，它能夠把表面等離子體波束縛在更小的范圍內(nèi)，有利于實現(xiàn)更高集成度的光子器件和回路；另外，它結(jié)構(gòu)非常簡單，便于制作加工?；贛M結(jié)構(gòu)器件的類型較多，常見包括濾波器、耦合器、分束器、透鏡等，相關(guān)論文包括:j_)W.L.Barnes, A.Dereux, T.W.Ebbesen.Surface PlasmonSubwavelength Optics [J].Nature, 2003, 424, 824 - 830 ；2) Z.Sun, Η.K.Kim.RefractiveTransmission of Light and Beam Shaping with Metallic Nano-optic Lenses[J].Applied Physics Letters, 2004, 85 (4), 642 ；3)B.Wang, G.P.Wang.Plasmon BraggReflectors and Nanocavities on Flat Metallic Surfaces[J].Applied PhysicsLetters, 2005，87，013107。具體到濾波器這一通信與信號處理中不可或缺的器件，目前國內(nèi)外有很多關(guān)于基于MIM波導(dǎo)的SPP型濾波器的報道，包括環(huán)形諧振腔濾波器，鋸齒形濾波器，布拉格光柵濾波器，波分復(fù)用(WDM)濾波器結(jié)構(gòu)等，諸如:1) Sanshui Xiao, LiuLiu, and Min Qiu.Resonator channel drop filters in a plasmon-polaritonsmetal [J].0ptics Express,2`006,Vol.14, N0.7, 2932-2937;2)Xianshi Lin,XuguangHuang.Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes[J].0ptics Letters, 2008, Vol.33, N0.23, 2877-2879;3) Bing Wang, Guoping Wang.PlasmonBragg reflectors and nanocavities on flat metallic surface[J].Applied PhysicsLetters,2005,87,013107;4)Xian Mei,Xuguang Huang, Jin Tao,Jiahu Zhu,YunjinZhu, and Xiaopin Jin, A wavelength demultiplexing structure based on plasmonicMDM side-coupled cavities[J].Journal of the Optical Society of America B,2008，Vol.27，N0.12，2707-2713。上述濾波器屬于單信道濾波或單端口中單信道濾波；相對于單信道濾波器，多信道梳狀濾波器(或單端口多信道濾波器)也是通信和信號處理領(lǐng)域極為關(guān)鍵的器件。但目前關(guān)于SPP型多信道濾波器的研究和報道還比較少。例如，Y.Gong等人設(shè)計了一種基于MIM波導(dǎo)的準(zhǔn)周期序列光柵結(jié)構(gòu)的多信道濾波器，數(shù)值仿真結(jié)果顯示:在1.2 1.8μπι波長范圍內(nèi)得到10個反射信道；由于此文獻(xiàn)未考慮MM波導(dǎo)內(nèi)的波長相關(guān)性損耗，無法定量度量信道之間平坦度(Yongkang Gong, Xueming Liu, and LeiranWang.High—channel—count plasmonic filter with the metal -1nsulator - metalFibonacc1-sequence gratings [J]，Optics Letters, 2010，Vol.35，N0.3，285-287.)。H.Lu等人在MIM波導(dǎo)中引入了盤形納米微腔結(jié)構(gòu)，在0.5 0.7μπι波長范圍內(nèi)仿真得到了 4個反射峰，雖然在仿真過程中考慮到了損耗，但其信道平坦度約為7dB，因而信道平坦度性倉泛不夠。(Hua Lu, Xueming Liu, Yongkang Gong, Leiran Wang, Dong Ma0.Mult1-channelplasmonic waveguide filters with disk-shaped nanocavities[J], Optics Communications, 2011，Vol.284，N0.10-11，2613-2617)根據(jù)以上分析可知，目前基于MM波導(dǎo)的SPP型多信道濾波器的平坦度問題尚未得到很好的解決、或者亟待大幅度改進(jìn)；而平坦度是衡量多信道到濾波器的一個關(guān)鍵指標(biāo)，它直接影響多信道并行處理的一致性、功率均衡等。因此，為了實現(xiàn)優(yōu)異的信道平坦度，本發(fā)明提出了一種基于MM波導(dǎo)的表面等離子體效應(yīng)(SPP)型平坦多信道濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上陳述的基于MM波導(dǎo)的SPP型多信道濾波器的平坦度差的問題，本發(fā)明旨在提供一種基于MM波導(dǎo)的·SPP型平坦多信道濾波器，在信道之間獲得優(yōu)異的平坦度。本發(fā)明公布了一種基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體型多信道濾波器，由兩塊金屬夾層以及金屬夾層之間介質(zhì)層組成；其特征在于:所述的介質(zhì)層包含多個交替排列的介質(zhì)一和介質(zhì)二，形成結(jié)構(gòu)一致的N個周期，每個周期由K個子周期構(gòu)成，每個子周期包含一個介質(zhì)一和一個介質(zhì)二，第N個周期內(nèi)第K個子周期缺省一個介質(zhì)二，其中N、K為正整數(shù)；在每個周期結(jié)構(gòu)中，K個介質(zhì)一的折射率都為Ill，其長度按線性規(guī)律遞增，介質(zhì)二的長度固定為Lb，折射率為n2，其中介質(zhì)一的長度遠(yuǎn)小于介質(zhì)二的長度。所述濾波器的具體結(jié)構(gòu)如

圖1所示。在兩塊金屬夾層之間，插入N個由兩種不同折射率介質(zhì)(或稱之為電介質(zhì)、絕緣體)交替排列構(gòu)成的周期，其高度(z方向上)均為45nm;所述的N個周期結(jié)構(gòu)一致，由K個子周期構(gòu)成，每個子周期包含一個高折射率介質(zhì)(介質(zhì)一)和一個低折射率介質(zhì)(介質(zhì)二)，第N個周期內(nèi)第K個子周期缺省一個低折射率介質(zhì)，其中N、K為正整數(shù)；在每個周期結(jié)構(gòu)中，K個介質(zhì)一的折射率都為Ii1，其X方向上的長度按線性規(guī)律遞增，分別表示為L1, L2....Lih, Lk ;介質(zhì)二的長度固定為Lb，折射率為n2。這里，Ii1> n2,而且介質(zhì)一的長度(L1, L2....Lk^1, Lk)遠(yuǎn)小于介質(zhì)二的長度(Lb)。L1, L2....Lk^1, Lk的線性遞增規(guī)律為:L1 = (I1Lk = Cl1+ (k~l) d2 (I)其中，(I1為基本長度，d2為漸變步長或遞增步長。由于介質(zhì)一的長度都遠(yuǎn)小于介質(zhì)二的長度，因此我們可以將L1, Lb, L2看作為一個Fabry-Perot(F-P)諧振腔；依次類推，整個由介質(zhì)層構(gòu)成的濾波器可視為多個級聯(lián)的F-P諧振腔，其總傳輸矩陣可以簡寫為:
權(quán)利要求
1.一種基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體型多信道濾波器，由兩塊金屬夾層以及金屬夾層之間介質(zhì)層組成；其特征在于:所述的介質(zhì)層包含多個交替排列的介質(zhì)一和介質(zhì)二，形成結(jié)構(gòu)一致的N個周期，每個周期由K個子周期構(gòu)成，每個子周期包含一個介質(zhì)一和一個介質(zhì)二，第N個周期內(nèi)第K個子周期缺省一個介質(zhì)二，其中N、K為正整數(shù)；在每個周期結(jié)構(gòu)中，K個介質(zhì)一的折射率都為Ill，其長度按線性規(guī)律遞增，介質(zhì)二的長度固定為Lb，折射率為n2，其中介質(zhì)一的長度遠(yuǎn)小于介質(zhì)二的長度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的多信道濾波器，其中所述介質(zhì)一和介質(zhì)一的折射率關(guān)系 為A1 > n2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體型平坦多信道濾波器。它由兩塊金屬夾層、以及金屬夾層之間兩種不同折射率介質(zhì)交替排列的N個周期組成；所述的N個周期結(jié)構(gòu)一致，由K個子周期構(gòu)成，每個子周期包含一個高折射率介質(zhì)(介質(zhì)一)和一個低折射率介質(zhì)(介質(zhì)二)，第N個周期內(nèi)第K個子周期缺省一個低折射率介質(zhì)。所述的N周期，每個周期中K個高折射率介質(zhì)的長度以相同的規(guī)律線性遞增，提高多個濾波信道處色散損耗的一致性，實現(xiàn)多信道平坦濾波?；诒景l(fā)明實現(xiàn)的表面等離子體效應(yīng)型平坦多信道濾波器在光通信與光電信號處理、小型化集成光電子器件與模塊中具有重要應(yīng)用。
文檔編號G02B5/20GK103076647SQ20131001355
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者羅昕, 鄒喜華, 潘煒, 周志, 羅斌, 閆連山 申請人:西南交通大學(xué)