基于表面等离子激元的多功能矩形腔滤波器的设计与优化

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jie_169
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目前,随着半导体激光器的发明,以光作为传输信息载体的通信技术逐步发展,然而传统的光电器件在性能和尺寸方面都不能满足人们现在的要求。表面等离子激元作为一种沿着金属和介质交界面传播的表面波,在正交于传播方向的法线分量上具有强局域性,能够将电磁场压缩在交界面周围很小的一个范围内,从而为突破衍射极限提供了可能。通过改变金属的几何结构,各种具有不同性能和功能的元件被设计了出来,如滤波器,开关等。基于表面等离子激元所设计的器件是目前实现纳米集成光学回路的热门选择。目前大多数滤波器器件都采取银作为金属层的材料,空气作为介质层,在结构的选择上一般采取侧面耦合或者直接耦合方式,也有通过沟槽结构的串联从而在频谱上呈现较好的滤波效果。本文针对利用侧面耦合和直接耦合方式实现滤波效果的滤波器的潜在缺陷,因其为达到较高的透射率往往会牺牲波导和谐振腔之间的耦合距离的现象,提出了一种新型结构来缓解这种状况。通过设计和选择谐振腔的结构和材料,将具有高折射率的硅块放置在主谐振腔的两侧,实现了随着硅块长度的增加,该滤波器的透射谱线峰值会发生明显的红移变化;此外通过适当地调整矩形腔的其他结构参数,不仅能够得到透射峰值接近90%的带通滤波器,而且也能够得到一个滤波效果出色的平顶带通滤波器。另外,通过将一个竖腔插入主腔中间位置,还能够得到双通道带通滤波器,且透射率可被调节到均在70%以上,甚至在特定情况下可以达到80%以上。通过改变结构参数,可以调节两通道之间的距离或者单独第二种模式的共振位置。文中仿真计算均由有限元仿真软件COMSOL Multiphysics 5.0计算所得,同时验证部分由Matlab计算得到。本文所设计的滤波器在透射率方面有很大的提高,而且在功能上也多提供了一种选择。
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