基于表面等離子體激元的多環(huán)諧振帶阻濾波器的研究.pdf

1、表面等離子體激元是在介質(zhì)與導(dǎo)體的交界面上傳播的一種電磁波，它是由導(dǎo)體中的自由電子與激發(fā)電磁場(chǎng)之間的相互作用而引起的，并且在界面的垂直方向上呈指數(shù)形式衰減。表面等離子體激元具有近場(chǎng)增強(qiáng)、表面高度局域等光學(xué)特性，這些特性已經(jīng)使其成為了近年來近場(chǎng)光學(xué)研究的熱點(diǎn)，而對(duì)于表面等離子體激元的廣泛研究也及大地促進(jìn)了納米光學(xué)、生物光子學(xué)、光電子學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。同時(shí)，表面等離子體激元還具有廣泛的應(yīng)用，光子芯片、光學(xué)濾波器、光開關(guān)、光學(xué)天線、SPPs元器件

2、和回路、納米波導(dǎo)和納米光電器件等都得益于人們對(duì)SPPs的深入研究和利用。本文則重點(diǎn)對(duì)光學(xué)濾波器開展了研究，設(shè)計(jì)了一種多環(huán)諧振的帶阻濾波器，并采用FDTD的數(shù)值模擬方法對(duì)其光學(xué)傳輸特性進(jìn)行了研究:
　　本文首先研究了單環(huán)諧振腔的光學(xué)傳輸特性，利用FDTD數(shù)值模擬方法研究了其在700-1050nm波段的傳輸特性。結(jié)果表明:當(dāng)圓環(huán)的半徑增大時(shí)，傳輸波譜的共振峰會(huì)線性地向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，即共振波長(zhǎng)紅移;當(dāng)在圓環(huán)內(nèi)添加不同折射率的介質(zhì)時(shí)，傳輸

3、波譜的共振峰同樣會(huì)線性地移動(dòng)，即隨著環(huán)型諧振腔折射率的增大，共振波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生紅移;這些結(jié)果可以用環(huán)型諧振腔的共振理論來解釋。最后研究了波導(dǎo)通道與環(huán)型諧振腔之間的耦合間距對(duì)傳輸曲線的影響，隨著耦合間距的增大，共振峰會(huì)發(fā)生輕微地藍(lán)移，半高峰寬會(huì)顯著減小，濾波效果明顯變差，該結(jié)果可以用時(shí)域耦合模式理論來解釋。
　　其次，本文研究了雙圓環(huán)諧振腔的共振情況。結(jié)果表明:當(dāng)兩圓環(huán)的半徑相同時(shí)，無論兩圓環(huán)位于波導(dǎo)通道的同側(cè)還是分別位于波導(dǎo)通道的兩側(cè)

4、，和同半徑的單環(huán)結(jié)構(gòu)相比，傳輸波譜都基本重合，共振波長(zhǎng)相同，而且僅較單環(huán)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一些展寬，但是共振波長(zhǎng)的傳輸效率比單環(huán)提高一倍，可以達(dá)到0.02％。這表明當(dāng)諧振腔半徑相同時(shí)，一旦確定了諧振腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)，共振模式即確定，而諧振腔的個(gè)數(shù)對(duì)共振波譜影響較小，這對(duì)我們后續(xù)進(jìn)行多波長(zhǎng)濾波具有啟發(fā)性和指導(dǎo)意義。當(dāng)兩圓環(huán)半徑不同時(shí)，共振波長(zhǎng)會(huì)在不同的位置，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同波長(zhǎng)的同時(shí)濾波。
　　最后基于以上我們對(duì)單環(huán)與雙環(huán)濾波性能的研究，設(shè)計(jì)了一