基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器的制造方法
【专利摘要】基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，主要简化了现有表面等离子体滤波器通过改变结构参数调谐振频率的手段，以此达到简化这类滤波器制作工艺的目的。该基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器包括设置在介质层两侧的金属层，介质层一侧的金属层内设置单个矩形环共振腔，共振腔与入射波导之间接一波导桥，波导桥设置在共振腔的对称轴上。该结构具有极强的光束缚效应，能突破衍射极限的限制，在纳米尺度对光进行传输；与电子器件和传统光子器件进行有效匹配连接，只需通过改变波导桥长，就能够有效的滤掉不同波长的光波。该滤波器制作工艺简单，在光通讯、光集成、光信息处理等方面具有较高应用价值。
【专利说明】基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器
【技术领域】
[0001]本实用新型为一种微纳光学器件，具体涉及一种基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器。
【背景技术】
[0002]表面等离子体滤波器具有许多优点，例如结构简单紧凑、尺寸小、不受衍射极限的限制、为电子回路与光子器件的兼容提供了可能等，在诸多领域，尤其光集成、光计算和光信息处理等领域，有广泛的应用前景。
[0003]基于金属纳米矩形环共振腔与入射波导接桥滤波和金属-介质-金属波导的高光束缚等特性，表面等离子体滤波器具有许多独特的优势。一般而言，通过合理设计矩形环共振腔与入射波导之间所接波导桥长度可以有效调节矩形环共振腔的谐振波长，不同波长的光信号将在对应不同桥长的矩形环共振腔中被滤掉。
[0004]表面等离子体滤波器作为一种重要的可集成光子器件，有效的解决了传统波滤波器受到衍射极限的限制而导致体积庞大、难以集成等缺点。表面等离子体是一种由外部电磁场与金属表面自由电子形成的相干共振，入射光能量主要束缚在金属表面并向前传播，它能够有效克服衍射极限，为微纳光子器件的研制提供了新的途径，但是金属共振腔结构参数的微小改变，就会引起表面等离子体谐振频率很大的改变。如何找到一种简单的方法来控制共振腔内表面等离子体谐振频率是目前微纳光集成和光信息处理急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本实用新型提供一种基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，主要提供了一种通过改变矩形环共振腔与入射波导之间波导桥长度来控制共振腔内表面等离子体谐振频率的方法。
[0006]本实用新型的技术方案如下:该基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器包括设置在介质层两侧的金属层，介质层一侧的金属层内设置单个矩形环共振腔，矩形环共振腔与入射波导之间接一波导桥，波导桥设置在矩形环共振腔的对称轴上。矩形环共振腔为矩形环型纳米共振腔，金属层为银质金属层，矩形环共振腔与所接波导桥内填充有空气或其它折射率材料。
[0007]本实用新型的有益效果如下:表面等离子体滤波器由金属-介质-金属结构组成，该结构具有极强的光束缚效应，能突破衍射极限的限制，在纳米尺度对光进行传输。该滤波器集成在一块几微米的金属银上，结构简单、体积小，并能和电子器件和传统光子器件进行有效匹配连接，通过改变矩形环共振腔与入射波导之间波导桥长度滤掉特定波长的光信号，本发明在可见光和近红外波段，在光通讯、光集成、光信息处理等方面有广泛的应用前旦
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【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的结构示意图；
[0009]图2为矩形环共振腔最佳谐振频率随波导桥长度关系图；
[0010]图3为矩形环共振腔最佳谐振频率随形环共振腔与所接波导桥中介质折射率关系图；
[0011]图4为宽度为50纳米的主波导中光的有效折射率图；
[0012]图5为矩形环共振腔与入射波导接桥滤波器的透射谱图；
[0013]图6为矩形环共振腔与入射波导接桥滤波器中光信号的电磁场分布图；
[0014]图中:1_金属(银)层；2_主波导；3_波导桥；4-矩形环共振腔。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图详细阐述本实用新型的实施方式:
[0016]本实用新型基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器主要由金属(银)层、主波导、波导桥、矩形环共振腔这几部分构成，详见图1。金属层(平板)可利用激光分子束晶体外延生长系统制作。主波导，矩形环共振腔，波导桥可利用聚焦离子束刻蚀技术对金属平板进行刻蚀获得。光信号通过耦合硅波导或锥形光纤引入到主波导中，光信号通过波导桥引入到矩形环共振腔(不同桥长引入不同的最佳谐振频率)，当光信号处于腔的最佳振波长XiQ = 1,2,...)时，入射光会在腔中形成很强的局部共振，大部分能量以驻波形式留在腔内，极小部分能量由主波导出射，这样便可以通过改变矩形环共振腔与入射波导之间波导桥长度滤掉特定波长的光信号。矩形环共振腔最佳谐振波长可以通过改变腔与入射波导间的波导桥长度进行调节，改变波导桥长可以几乎线性调节矩形环共振腔最佳谐振波长，详见图2，波导桥长度在50纳米?230纳米范围内改变时，波长的调节范围为800纳米?1200纳米。另外，通过在共振腔与波导桥中注入不同折射率的介质也可以有效调节共振腔谐振波长，详见图3, a = 365nm, b = 360nm, w = 50nm的矩形环共振腔与(I1 =50nm的波导桥中折射率在1.0?1.30之间变化时，波长的调节范围为800纳米?1200纳米。主波导选为空气，其折射率为1.0，宽度为50纳米，其有效折射率在工作波长范围内约为1.4，详见图4。这里我们设计了三个不同桥长矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，矩形环共振腔的结构参数a, b, d分别为a = 365nm, b = 360nm, d = 50nm,所接波导桥长度分别设为(I1 = 50nm, d2 = 80nm, d3 = IlOnm ;对应三个矩形环共振腔的谐振波长分别为λ I = 872.5nm, λ 2 = 887.5, A 3 = 905nm。这种基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器的滤波效率在95%附近，详见图5。三个对应最佳谐振频率的光信号将分别在三个矩形环共振腔形成最佳局部共振，详见图6，入射单色光信号在滤波器中的电磁场图与前面的透射结果完全符合。该矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器的鲜明特点如下:矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器利用金属-介质-金属波导结构，具有超高的光束缚性，克服衍射极限，尺寸仅有几个微米长；能和电子器件和传统光子器件进行有效匹配连接；能通过改变矩形环共振腔与入射波导之间波导桥长度滤掉特定波长的光信号；共振腔滤掉的波长在可见光和近红外波段，在光通讯、光集成、光信息处理等方面有广泛的应用前景。
【权利要求】
1.一种基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，其特征在于:包括设置在介质层两侧的金属层，介质层一侧的金属层内设置单个矩形环共振腔，矩形环共振腔与入射波导之间接一波导桥，波导桥设置在矩形环共振腔的对称轴上。
2.根据权利要求1所述的基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，其特征在于:所述的矩形环共振腔为纳米矩形环型共振腔。
3.根据权利要求2所述的基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，其特征在于:所述金属层为银质金属层。
4.根据权利要求3所述的基于矩形环共振腔与入射波导接桥的表面等离子体滤波器，其特征在于:所述矩形环共振腔与所接波导桥内填充有空气或其它折射率材料。
【文档编号】G02B5/20GK204116640SQ201420578991
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】夏秀山, 王继成, 宋慈, 曲世年 申请人:江南大学