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增強、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光學(xué)研究的熱點，而對于表面等離子體激元的廣泛研究也及大地促進了納米光學(xué)、生物光子學(xué)、光電子學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。同時，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SPPs的深入研究和利用。本文則重點對光學(xué)濾波器開展了研究，設(shè)計了一種多環(huán)諧振的帶阻濾波器，并采用FDTD的數(shù)值模擬方法對其光學(xué)傳輸特性進行了研究:
　　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:當圓環(huán)的半徑增大時，傳輸波譜的共振峰會線性地向長波方向移動，即共振波長紅移;當在圓環(huán)內(nèi)添加不同折射率的介質(zhì)時，傳輸

3、波譜的共振峰同樣會線性地移動，即隨著環(huán)型諧振腔折射率的增大，共振波長會發(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傳輸曲線的影響，隨著耦合間距的增大，共振峰會發(fā)生輕微地藍移，半高峰寬會顯著減小，濾波效果明顯變差，該結(jié)果可以用時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:當兩圓環(huán)的半徑相同時，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，但是共振波長的傳輸效率比單環(huán)提高一倍，可以達到0.02％。這表明當諧振腔半徑相同時，一旦確定了諧振腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)，共振模式即確定，而諧振腔的個數(shù)對共振波譜影響較小，這對我們后續(xù)進行多波長濾波具有啟發(fā)性和指導(dǎo)意義。當兩圓環(huán)半徑不同時，共振波長會在不同的位置，可以實現(xiàn)兩個不同波長的同時濾波。
　　最后基于以上我們對單環(huán)與雙環(huán)濾波性能的研究，設(shè)計了一