基于金属表面等离子激元的滤波器结构设计

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进入21世纪以来,光子学向微小尺度发展成为一大热门方向。然而随着所研究光子器件越来越趋于小型化,不可避免的碰到传统衍射极限问题。同时,由于光通信集成全光网络的发展,对于新型光子器件能够实现突破衍射极限,实现高度局域,易于加工等各项功能提出了新的要求。为此,表面等离子激元(SurfacePlasmonPolaritions,SPPs)越来越被人们关注并成为新的研究热点。金属表面等离子激元,是一种电磁波与金属内的自由电子相互作用,被束缚在金属和介质的界面,并沿界面传播的高度局域性电磁场,其突出特点是强大的局域场增强效应,可轻松突破传统光学领域所遇到的衍射极限的问题。正是由于这些优点,表面等离子激元在亚波长尺度内对光的传播影响,基于金属表面等离子激元的光子功能器件,被越来越多的学者关注并研究。  在光通信领域,滤波器是一种非常重要的功能器件。这些年来随着研究的深入,越来越多的滤波器结构被提出并被数值模拟或者实验验证,例如基于矩形,圆形,环形谐振器的窄带滤波器,基于齿形结构的宽带滤波器,基于周期性结构的布拉格反射器。  本文从时域耦合模理论(temporalCoupledModeTheory)入手,详细推导了各种谐振器与波导耦合结构的透过率方程,对于影响滤波器性能的参数如半高全宽,截止和选择特性进行了理论上的推导并得出影响这些参数的因素。之后本文提出了一种新型的基于半圆形的谐振腔的滤波器结构,对单腔结构和双腔结构都进行了推导,并使用时域有限差分方法(theFinite-DifferenceTime-Domainmethod,FDTD)对该结构进行数值模拟。在数值模拟过程中详细讨论了结构的各项参数,包括半圆半径,形状,谐振器与波导的距离等对透射曲线的影响,总结出如何利用这些参数的改变规律来获得理想的透过率曲线。
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