[发明专利]金属-介质-金属结构的表面等离子体型平坦多信道滤波器

说明书

技术领域

本发明主要涉及到表面等离子体效应、光电器件、光通信与光电信号处理等领域，尤其涉及一种金属-介质-金属结构的表面等离子体效应型平坦多信道滤波器。

背景技术

表面等离子体(surface plasmons,SPs)或者表面等离子体激元(surface plasmon polaritions,SPPs)是局域在金属-介质(又可称之为电介质、绝缘体)界面的一种特殊电磁场形式，它沿着金属表面传播，且垂直于界面向两侧指数衰减。由于它独特的表面传播特性，基于SPP的金属纳米结构能够将光局限在亚波长尺度内，因此在未来纳米集成光路中具有重要应用价值。其中，金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM，又可称之为金属-电介质-金属或金属-绝缘体-金属)波导是一种典型的SPP波导或器件结构，它能够把表面等离子体波束缚在更小的范围内，有利于实现更高集成度的光子器件和回路；另外，它结构非常简单，便于制作加工。

基于MIM结构器件的类型较多，常见包括滤波器、耦合器、分束器、透镜等，相关论文包括：1)W.L.Barnes,A.Dereux,T.W.Ebbesen.Surface Plasmon Subwavelength Optics[J].Nature,2003,424,824–830；2)Z.Sun,H.K.Kim.Refractive Transmission of Light and Beam Shaping with Metallic Nano-optic Lenses[J].Applied Physics Letters,2004,85(4),642；3)B.Wang,G.P.Wang.Plasmon Bragg Reflectors and Nanocavities on Flat Metallic Surfaces[J].Applied Physics Letters,2005,87,013107。具体到滤波器这一通信与信号处理中不可或缺的器件，目前国内外有很多关于基于MIM波导的SPP型滤波器的报道，包括环形谐振腔滤波器，锯齿形滤波器，布拉格光栅滤波器，波分复用(WDM)滤波器结构等，诸如：1)Sanshui Xiao,Liu Liu,and Min Qiu.Resonator channel drop filters in a plasmon-polaritons metal[J].Optics Express,2006,Vol.14,No.7,2932-2937;2)Xianshi Lin,Xuguang Huang.Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes[J].Optics Letters,2008,Vol.33,No.23,2877-2879;3)Bing Wang,Guoping Wang.Plasmon Bragg reflectors and nanocavities on flat metallic surface[J].Applied Physics Letters,2005,87,013107;4)Xian Mei,Xuguang Huang,Jin Tao,Jiahu Zhu,Yunjin Zhu,and Xiaopin Jin,A wavelength demultiplexing structure based on plasmonic MDM side-coupled cavities[J].Journal of the Optical Society of America B，2008,Vol.27,No.12,2707-2713。上述滤波器属于单信道滤波或单端口中单信道滤波；相对于单信道滤波器，多信道梳状滤波器(或单端口多信道滤波器)也是通信和信号处理领域极为关键的器件。但目前关于SPP型多信道滤波器的研究和报道还比较少。例如，Y.Gong等人设计了一种基于MIM波导的准周期序列光栅结构的多信道滤波器，数值仿真结果显示：在1.2～1.8μm波长范围内得到10个反射信道；由于此文献未考虑MIM波导内的波长相关性损耗，无法定量度量信道之间平坦度(Yongkang Gong,Xueming Liu,and Leiran Wang.High-channel-count plasmonic filter with the metal–insulator–metal Fibonacci-sequence gratings[J],Optics Letters,2010,Vol.35,No.3,285-287.)。H.Lu等人在MIM波导中引入了盘形纳米微腔结构，在0.5～0.7μm波长范围内仿真得到了4个反射峰，虽然在仿真过程中考虑到了损耗，但其信道平坦度约为7dB，因而信道平坦度性能不够。(Hua Lu,Xueming Liu,Yongkang Gong,Leiran Wang,Dong Mao.Multi-channel plasmonic waveguide filters with disk-shaped nanocavities[J],Optics Communications,2011,Vol.284,No.10-11,2613-2617）