[发明专利]一种具有谐振腔波导的光谱调控器件

说明书

本发明提出了一种具有六边形谐振腔的表面等离子体激元光谱调控器件，分析了该结构的多通道带通滤波特性，进而在腔内引入单/双矩形波导调控谐振腔的共振模式，通过明暗模式干涉效应，实现多个Fano共振现象，并通过改变耦合距离或局部调整矩形波导的宽度、个数、位置等参数，可对Fano共振进行有效地调谐，实现多个非对称线型的Fano共振峰。该亚波长结构可广泛用于光传感与光检测等领域，为纳米集成光子学的发展提供有力支撑。

技术领域：

本发明属于光学器件领域，更具体的属于一种具有谐振腔波导的光谱调控器件。

背景技术：

表面等离子体激元是由自由电子和光子相互作用形成的金属表面的局部混合状态。在这种相互作用中，自由电子在与谐振频率相同的光波下振荡，并且表面电荷振荡与光波的电磁场之间的相互作用构成具有独特性质的表面等离子体激元。由于光的衍射约束，目前大多数传统的光子器件仍然是分立器件，而超大规模集成电路技术已经成熟，因此光电回路的融合还需构建一座有效的桥梁。表面等离子体激元的出现为亚波长全光回路的实现提供了契机，从而引起了广泛的关注，被认为是最有希望实现高度集成光电路的方法之一。

近年来，各种基于表面等离子体激元的金属-绝缘体-金属波导结构已经在理论上和实验上得到了验证,各种功能的光子学元件和微纳集成光子学器件已经实现,例如,分路器(splitter)、耦合器(couplers)、马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometers)、Y-形合成器(Y-shaped combiners)和光谱调控器件(filter)等。其中，金属-介质-金属结构光谱调控器件在集成光子学器件与全光信号处理领域中扮演着重要的角色，因此引起了广泛关注，近年来有了很大的发展。金属-介质-金属波导光谱调控器件，根据其设计原理可大致分为两大类别：第一类是基于相位相干的光谱调控器件，如齿形波导光谱调控器件、分叉形波导光谱调控器件。表面等离子体激元通过不同路径传播到同一位置时叠加，它们之间的相位差决定了光谱调控器件的通阻特性；第二类是基于谐振腔的共振特性来实现滤波的光谱调控器件，例如圆环形谐振腔光谱调控器件和矩形谐振腔光谱调控器件、直腔形谐振腔光谱调控器件。当表面等离子体激元波耦合到谐振腔后，只有在谐振腔中形成共振的表面等离子体激元才能够从谐振腔中耦合到出射波导中。

发明内容：

基于上述原因，本文提出了一种具有谐振腔波导的光谱调控器件，实现了多波长滤波以及非对称线型的Fano共振。通过改变六边形谐振腔的耦合距离，添加矩形波导，波导的数量，长度，宽度或角度以及矩形波导与波导位置之间的距离，可以实现结构改变模数，可对器件性能进行改进。最后通过时域有限差分法(FDTD)验证该模型的特性，结果证明其可用于全光集成的信息处理领域。

该结构具体为：其包括基板1以及设置于基板1内部的第一波导2、第一耦合器、第二波导3、第二耦合器、谐振腔4，其特征在于：谐振腔4内还设置有与第一波导和第二波导垂直的竖直波导5，谐振腔4位于第一波导2与第二波导3之间，竖直波导5位于谐振腔4中间，第一耦合器位于第一波导2与谐振腔4之间，第二耦合器位于第二波导3与谐振腔4之间，第一波导2为靠近基板1左端的第一空腔，该第一空腔为一端开口，另一端封闭，第二波导3为靠近基板右端的第二空腔，该第二空腔一端开口，另一端封闭，该第一空腔和第二空腔沿着基板的长度方向延伸，光从第一波导的一端进入，沿着第一波导的表面传输至另一端后，通过第一耦合器将光耦合至谐振腔内，光在谐振腔的表面进行传输，经过竖直波导后输出到谐振腔的输出端，然后传输至第二波导的另一端，光沿着第二波导的表面进行传输至第二波导的一端。

进一步的，基板的材质为银；

进一步的，第一波导、第二波导都为矩形，且在同一水平线上；

进一步的，第一空腔和第二空腔内部为空气；

进一步的，谐振腔的横截面为等六边形结构；

进一步的，竖直波导为矩形结构。