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近年来,随着纳米科技、光电子技术的高速发展,关于表面等离激元(SPP)的理论、实验和仿真成为了当前的研究热点。基于SPP的纳米光电子器件在现实生活中开始得到广泛的应用,如超高密度光存储、超高速光接收机,超高精度光刻技术等。而SPP-Bragg反射器作为一类重要的纳米光电子器件,也在窄线宽滤波器、高Q微腔、分波器等取得了广泛应用。
本文主要通过理论和数值仿真的方法对SPP-Bragg反射器的性质进行研究,并对已有的一些常用Bragg-Bragg反射器结构进行优化设计。在此基础上,我们还提出了几种新颖的SPP-Bragg反射器结构,即基于金属-介质-金属(MIM)结构的超宽带SPP-Bragg反射器、微腔,以及方向敏感型SPP-Bragg反射器。
文章首先利用递推耦合波模型对当前已有的一些常用布拉格反射器结构(凹陷、金属脊,介质脊)进行了系统全面的分析和优化,从周期、高度、宽度、周期数目四个方面分别得到了最优的参数,并依此设计出来的SPP-Bragg反射器较前人结果有了很大的提高。
本文还对高斯型(高斯脊形,高斯凹陷)SPP-Bragg进行了研究,发现该类结构的反射率至多可以到达0.7,虽性能较普通凹槽结构有一定提高,但还是很有限。为此,我们又设计了基于MIM矩形凹陷结构的Bragg反射器,研究发现,对于特定的参数,该结构的反射率可以高达0.93。更为值得注意的是,该结构在将近500nm(1000nm-1500nm)的波长范围内,其反射率都能稳定在0.7以上。基于此种特性,我们设计了由两个这种布拉格反射器构成的微腔,该微腔的线宽极窄,可以作为窄带滤波器。
最后,本文提出了基于MIM结构的方向敏感型SPP-Bragg反射器,这种由三角形单元组成的结构具有对SPP的入射方向敏感的反射率,即方向敏感性。对于波长为960nm的入射SPP模式,其正反两个方向的反射率差值可高达0.7。