基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究

基于金属-电介质-金属波导结构, 提出了一种含双侧多支节型等离子波导滤波器, 采用有限元法研究了其透射特性. 在该结构的透射谱中观察到了基于电磁诱导透明效应的四个窄带透射峰, 并通过模场分布有效阐释了透射谱线中峰值、谷值的产生的物理机理. 数值研究同时表明当每个支节长度线性增加时, 透射峰中心波长也将线性增加. 这一结果可用于指导可调谐、多通道窄带滤波器的设计.     

双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究双负介质对一维光子晶体透射能带谱的影响。结果表明:当C介质由双正介质变成双负介质时,光子晶体(CBAABC)n的禁带、能带和光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰均出现明显的简并现象,即前者相邻多禁带和多能带结构简并为较宽的单禁带和单能带结构,后者的透射峰由2n+1条简并成2n-1条;当双负介质C的光学厚度负值减小时,光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰向禁带中心靠拢,出现简并趋势。双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应,为光子晶体设计光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

金膜上亚波长周期性孔阵的模拟与研制

分析了980 nm波长的光在透过制作在金膜上的亚波长周期性孔阵时的透射增强现象.通过建立中心带缺陷孔的三角晶格的孔阵模型,并采用三维时域有限差分方法对该模型的透射情况进行模拟分析.结果表明通过优化孔阵周期参数可以对特定波长的光实现一定程度的选择透过性.当孔阵周期为450 am,中心缺陷孔径为400 nm,孔阵中单个孔孔径为150 nm时,980 nm波跃光透过该孔阵时具有明显的透射增强效应,并且距孔阵表面3μm的远场光斑尺寸被局限在亚波长尺度(880 nm).研究了使用聚焦离子束在金膜上制备孔阵的工艺,成功研制了与没计尺寸一致的孔阵.这种孔阵可以集成在980 nm垂直腔面发射激光器上,用于改善器件的远场光学特性.     

基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究

基于表面等离子体激元在金属-介质-金属结构中优良的传输特性,设计了一种由直波导和锚形谐振腔组成的波导滤波器。仿真分析了波导滤波器传输特性和电场分布随结构参数和谐振腔内介质折射率变化规律。结果表明,该锚形谐振腔最佳结构时滤波器半峰全宽低至8 nm,品质因数高达121.9。利用共振波长与结构参数变化规律,设计了光通信波长窗口的窄带带阻滤波器。根据SPPs对谐振腔介质折射率敏感的特性,发现透射谱线随折射率变大而发生红移。本文提出的基于锚形谐振腔的等离子体MIM波导滤波器为设计特定波长的窄带带阻滤波器提供了新思路,也为基于谱线红移特性设计的介质折射率传感器提供了技术支持。     

短波红外单波长滤光膜系模型设计

小型化的光谱探测设备有低载荷、低成本、高集成度等诸多应用优势。而滤光/分光模块是光谱探测设备的核心组件。本文利用亚波长金属孔阵模型设计出一种有别于传统滤光片的滤光组件,将对应的近红外波长的光进行选择性透过。一直以来基于超透射现象的亚波长金属孔阵滤光膜因上下介质的介电常数不同而产生两个强透射峰,难以实现单通道滤光,针对此缺陷设计了两层对称介质的双层玻璃透射形结构,在近红外波段成功实现了单波长透射的特性。通过时域有限差分法进行仿真运算,成功实现了1.25μm、1.40μm、1.55μm、1.70μm,透射率约45(±3)%四种窄带透射,半波峰宽度50nm的结果。并总结出结构参数的相应设计公式,在1～2μm波长近红外区可以实现任一波长的滤光调制,且透射率与频宽可调。     

单负材料一维光子晶体超窄带滤波特性研究

用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(ABD)m(CBA)n(ABD)m(CBA)n的透射谱。结果表明:当增加周期数m或D层介质厚度dD时,透射谱中的两个隧穿模越加锋锐,但所处频率位置不变;当增加周期数n或C层介质厚度dC时,透射谱中的两个隧穿模向中间靠拢趋于简并;当增加A层介质厚度dA时,透射谱中双隧穿模结构及位置无变化,而当增加B层介质厚度dB时,透射谱中的三模结构向低频方向移动,且逐渐消失;随着入射角θ的增大,透射谱中两隧穿模向禁带中心靠拢。利用单负材料光子晶体的透射谱特性可实现可调性和高品质的单、多通道超窄带滤波功能。     

含缺陷平板光子晶体十字波导传输特性研究

提出一种在光子晶体十字波导中加入点阵缺陷的特殊结构波导.采用时域有限差分法(FDTD)对该结构的导波特性进行数值模拟,计算结果表明:含缺陷结构的光子晶体波导的透射光谱较不含缺陷结构光子晶体波导的透射光谱带宽变得更窄,此结构具有窄带滤波作用.当改变波导中缺陷结构折射率取值时,该波导透射光的中心频率随缺陷介质折射率的增大而线性减小.改变中心缺陷介质柱直径时,该波导透射光波中心频率随介质柱直径的增大也呈逐渐减小趋势.这种光子晶体十字波导可作为一种窄带滤波器、分光器和可调式选频器等器件,具有一定的应用前景.     

左手介质对一维光量子阱透射谱的影响

通过传输矩阵法理论研究左手介质对一维光子晶体量子阱(AB)m(CBAABC)n(BA)m透射谱的影响,结果发现:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为左手介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层左手介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰快速变窄;当C层左手介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰迅速变窄;光量子阱透射变窄对左手介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。左手介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法

本文介绍了一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法. 利用激光干涉光刻技术, 结合干法和湿法刻蚀工艺, 直接将光刻胶点阵刻蚀为硅纳米孔阵结构, 省去了图形反转工艺中的金属蒸镀和光刻胶剥离等必要步骤, 在2英寸的硅 (001) 衬底上制备了高度有序的二维纳米孔阵结构. 利用干法刻蚀产生的氟碳有机聚合物作为湿法刻蚀的掩膜, 以及在干法刻蚀时对样品进行轻微的过刻蚀, 使SiO₂点阵图形下形成一层很薄的硅台面, 是本方法的两个关键工艺步骤. 扫描电子显微镜图片结果表明制备的孔阵图形大小均匀, 尺寸可控, 孔阵周期为450 nm, 方孔大小为200–280 nm. 关键词： 激光干涉光刻 纳米阵列 刻蚀 氟碳有机聚合物     

基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器的数值研究

设计了一个基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器, 并应用时域有限差分算法数值研究了它的传播特性. 结果发现, 在透射光谱中出现了明显的透射峰. 分析表明, 该透射峰是由表面等离极化激元在圆弧腔中的谐振所导致. 我们还研究了圆弧谐振腔的结构参数及其弯曲方向对其传播特性的影响. 此外, 该结构还可以用作一种光分路器, 实现滤波与分路的双重功能.