基于表面等离子激元的凸环结构金属-介质-金属滤波器设计

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器,该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布,分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明,所提出的凸环滤波器具有透射峰窄,谱线平滑等特点,且阻带透射率最低可达0.001,通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移,增大结构参量L1时,透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化,相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850nm)和第三通信窗口(1 550nm)附近,能够很好地运用于光通信中.     

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10~(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.     

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.     

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。     

一种基于矩形腔的MIM波导滤波器的滤波特性研究（英文）

理论提出并研究了一种基于矩形腔的窄带金属-介质-金属波导滤波器.建立滤波器内电场的传递矩阵模型,研究了矩形微腔与直通波导间耦合特性对器件滤波特性的影响.同时,研究了耦合长度、矩形微腔腔长、传输损耗等因素对滤波带宽的影响.研究结果表明,对于不同的矩形微腔腔长,存在一个可使器件滤波带宽达到最窄的耦合系数.此外,当微腔腔长越长且传输损耗越小时,滤波带宽也将越窄.该研究为表面等离子体波导的研究与设计提供了一定的参考.     

基于非对称圆形谐振腔金属-介质-金属波导结构的带阻滤波器

提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100nm、两圆间距为200nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000nm,工作范围可增大到2500nm。     

双Loop-Stub侧边耦合波导结构多重等离激元诱导透明效应的数值分析

研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。     

一种用于传感的多Fano通道高灵敏度MIM波导

提出了一种金属-绝缘体-金属波导结构,该结构由带有中央矩形空气路径的方形环谐振腔和带有挡板的总线波导组成。利用有限元法研究了该结构的磁场分布、透射特性和传感性能。仿真结果表明,谐振腔中的中央矩形空气路径可以改变表面等离极化激元在谐振腔中的传播路径,提供更多的等离子体共振模式。在所提出的结构中可以激发四重Fano共振,透射谱中形成一个滤波带。改变结构参数可以调节Fano共振的个数,最多可以获得6个Fano共振和两个滤波带,还可以对Fano共振的位置、强度以及滤波带的宽度进行灵活方便的调节。该结构的最大灵敏度和品质因数分别为3 028 nm/RIU和157.14,可用于制作多波段带阻滤波器和检测葡萄糖等液体浓度的传感器。     

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.     

亚波长金属波导的光传播和干涉特性研究

利用时域有限差分方法研究了亚波长金属波导TE波的传播特性和基于异常透射现象的干涉特性.对各种参量对驻波特性的影响及两列波导间的耦合特性进行了分析.研究发现,TE波在波导中传播时存在截止宽度,如果波导宽度小于截止宽度,TE波在波导中不能传播;如果波导宽度大于截止宽度,TE波的传播距离将随波导宽度变大而突然增加.当波导宽度达到或大于半波长时,TE波可以在波导中正常传播.金属波导的截止宽度与金属的吸收系数成正比.此外,由于光在亚波长金属波导透射时的异常透射现象,在亚波长金属波导中产生了TE波的干涉现象,能形成驻波.     

Guided subwavelength slow-light mode supported by a plasmonic waveguide system

We introduce a plasmonic waveguide system, which supports a subwavelength broadband slow-light guided mode with a tunable slowdown factor at a given wavelength. The system consists of a metal-dielectric-metal (MDM) waveguide side-coupled to a periodic array of MDM stub resonators. The slowdown factor at a given wavelength can be tuned by adjusting the geometrical parameters of the system. In addition, there is a trade-off between the slowdown factor and the propagation length of the supported optical mode. Finally, we show that light can be coupled efficiently from a conventional MDM waveguide to the plasmonic waveguide system.     

Transmission characteristics of photonic crystal waveguides with stubs and their application to optical filters

We study the transmission characteristics of a photonic crystal waveguide with a single stub of a finite length and propose a double-stub waveguide structure for its application to optical filters. The proposed device operates as a Fabry-Perot interferometer and can be used as a broad bandstop filter and a narrow bandpass filter. These filters are inherently compact and their center frequency is given by the resonant frequency of the stub.     

基于古斯-汉欣位移的双通道窄带滤波器

本文利用光束在对称金属包覆波导表面反射得到的异常大的古斯-汉欣(Goos-Hänchen)位移,通过实验实现了双通道窄带滤波.当入射激光波长为859.60 nm时,两通道滤波的峰值位置分别为859.604 nm和859.688 nm,峰值半宽(FWHM)为0.036 nm,而消光比达到15.3 dB.峰值波长可通过改变入射角或小孔位置实现调谐. 关键词： 古斯-汉欣(Goos-Hä nchen)位移 光波导 双通道 滤波器     

基于双SSLR的小型化双通带带通滤波器设计

设计了一种新的具有良好选择性的小型化的双模双通带带通滤波器。该滤波器的谐振结构由两个短路枝节加载谐振器(SSLR)连接到同一个接地金属柱构成。首先通过奇偶模分析方法分析单个SSLR的谐振频率,得到谐振频率的变化规律;然后为了实现滤波器的小型化,将两个SSLR连接到同一个金属柱上并且折叠微带线,通过调节枝节长度分析滤波器通带的变化;设计中使用双枝节分别对谐振器馈电的结构,并且引入了源与负载耦合,可以在上阻带多提供一个传输零点,以提高阻带抑制;最后对滤波器的传输零点进行分析,提高滤波器的选择性。通过上述的分析,对该滤波器进行仿真、加工以及测试,得到最后实物的测试结果与软件的仿真结果较为一致。     

基于异向传输线的亚波长谐振腔设计

 提出了一种新型的谐振腔，该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同，其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍。这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成，它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移，同轴波导作为右手传输线实现正相移，使谐振腔两个端面的总相移为零，满足谐振腔的谐振条件。由于它与传统谐振腔谐振条件不同，理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔，设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7。     

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883 m四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。     

Spin-flip transport in one-dimensional comb-like waveguide

The spin-flip transport of electron in one-dimensional comb-like waveguide structures is investigated theoretically including the Rashba and Dresselhaus effects. The spin-polarized transmission of electron oscillates with changing the length of stubs and/or electronic momentum, and depends sensitively on electron spin orientation injected from the ferromagnetic source. The spin-flip transmission induced by the Rashba and Dresselhaus effects can only be up to 25% in the case of one stub, and can be enhanced significantly by adding more stubs. The spin-flip transmission induced by the Dresselhaus effect is similar to what induced by the Rashba effect for the one stub case, but is quite different for multi-stub case. The interplay between the Rashba and Dresselhaus effects shortens the period of transmission oscillation and enhances the splitting of the transmission peaks.     

Output Beam Quality of Edge Pumped Planar Waveguide Lasers with Confocal Unstable Resonators

Output beam quality of edge pumped planar waveguide lasers with confocal unstable resonators is investigated by diffraction methods, taking into account gain saturation, asymmetric pumping, and beam interaction. The influences of pumping uniformity, doping concentration, cavity length and effective Fresnel number are analyzed with respect to output beam quality and pumping efficiency. It is found that good beam quality and high efficiency can be obtained with asymmetric pumping and optimized negative branch confocal unstable resonators.     

Composite right/left-handed coplanar waveguide band-pass filter using capacitively-coupled zeroth-order resonators

Design and performance of a coplanar waveguide (CPW) bandpass filter (BPF) using composite right/left-handed (CRLH) zeroth-order resonators have been studied. The unit cell of the CRLH CPW consists of a series interdigital capacitor and two shunt stub inductors embedded between two sections of CPWs. The Bloch analysis is applied based on the S parameters to derive the characteristics of the eigen modes (Bloch modes), from which the right/left-handed frequency band and the zeroth-order resonant frequency are clearly determined. Then, the susceptance slope parameter of the resonator is extracted and the admittance (J-) inverters are introduced to synthesize a capacitively coupled CPW BPF. The measured performance agrees with the simulated one. They show that the size of the filter is greatly reduced (more than 60%) when compared to a conventional structure. PACS 41.20.Jb; 84.40.Dc; 42.70.Qs; 77.84.Lf     

基于一种易于制作的混合型表面等离激元波导结构的超紧凑截线滤波器

提出并分析了一种结构紧凑的截线型滤波器。该滤波器建立在一种硅基混合型表面等离激元波导结构上。与通常的混合等离激元结构相比,该波导结构在制作时只需对顶部的一层硅材料进行刻蚀,不需在光刻步骤进行对准和套刻,工艺简单易行。该截线滤波器由一截突柱波导与直波导耦合组成,并采用三维时域有限差分方法对其频谱响应进行模拟计算。计算结果表明该滤波器与现有文献中的二维金属-绝缘体-金属波导截线滤波器具有类似的频谱特性。另外,还进一步分析了截线部分及波导自身尺寸对器件输出频谱的影响。