[发明专利]一种基于双层不对称金属微纳光栅的双波长滤波器

说明书

本发明涉及一种基于双层不对称金属微纳光栅的双波长滤波器，其中，该双波长滤波器包括中间氮化硅介质波导层以及结构相同的上层金属微纳光栅和下层金属微纳光栅，并且所述上层金属光栅和所述下层金属光栅不对称地镶嵌在所述中间氮化硅介质波导层的上下面中。本发明的双波长滤波器结构简单，设计合理，工作在近红外波段，可用于红外滤波、传感等领域。

技术领域

本发明涉及微纳光学器件领域，具体地涉及一种基于双层不对称金属微纳光栅的双波长滤波器。

背景技术

滤波器作为电磁波调控的重要器件，一般可应用于传感、脉冲整形、偏振控制以及电光开关等等。目前，传统光学滤波片存在如下问题：(1)制作工艺复杂；(2)所制作的光学滤波片滤过波长单一；(3)基于多层介质膜滤波器带宽一般较大。滤光片在应用光学领域存在着巨大的应用前景，但上述问题限制了其发展。

近年来基于导模共振(GMR,Guided Mode Resonance)理论可获得超窄带透射。导模共振是一类由光栅、超材料等微器件表面周期性亚波长结构的光栅衍射效应将电磁波耦合进亚波长结构下面的平板波导而引起的谐振的总称。其能量局限于波导层内，克服了传统非导模共振金属光栅的欧姆损耗和辐射损耗，极大地限制了谐振能量的泄露，使其容易获得较大的谐振峰幅值。目前基于导模共振的单面金属光栅滤波器已有大量的研究。单面金属光栅导模共振滤波器的基本结构为仅在作为波导层的介质层的上表面或下表面固定单面金属光栅。入射电磁波被光栅衍射后可以耦合到介质层构成的波导中形成导模。较传统金属光栅滤波器，单面金属光栅导模共振滤波器的透过率大幅提高，同时具有较窄的带宽，对入射电磁波的角度和偏振都比较敏感，因而衍生出多种用途的滤波器，在光波段、太赫兹波段和微波波段都得到了研究。但是单面金属光栅导模共振滤波器的旁瓣抑制比还相对较低，极大的限制了它的应用领域。

中国发明专利申请CN107037517A公开了一种双层金属光栅导模共振带通滤波器，由介质层以及第一、第二一维金属光栅组成，介质层的上、下表面分别与第一、第二一维金属光栅固定，第一、第二一维金属光栅的金属条相互平行，第一、第二一维金属光栅的分布周期相同，第一一维金属光栅的金属条的纵向中心线在介质层的下表面上的投影与第二一维金属光栅中同其相邻的金属条的纵向中心线在介质层的下表面上的投影之间的距离是所述分布周期的一半。但这种带通滤波器存在以下缺点：1.滤过波长单一；2.透射深度较小；3.尺寸相对较大并且由于一维金属光栅突出而造成整个滤波器表面凹凸不平。

发明内容

本发明旨在提供一种基于双层不对称金属微纳光栅的双波长滤波器，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明实施例，提供了一种基于双层不对称金属微纳光栅的双波长滤波器，其中，该双波长滤波器包括中间氮化硅介质波导层以及结构相同的上层金属微纳光栅和下层金属微纳光栅，并且所述上层金属光栅和所述下层金属光栅不对称地镶嵌在所述中间氮化硅介质波导层的上下两面中。

进一步地，所述双波长滤波器的一个周期包含两组上层金属微纳光栅和下层金属微纳光栅。

进一步地，两个上层金属微纳光栅之间的间距与两个下层金属微纳光栅之间的间距不同。

进一步地，所述双波长滤波器一个周期的长度P＝1000nm；上层金属微纳光栅和下层金属微纳光栅的厚度t_m＝40nm，宽度w＝100nm；两个不同上层金属微纳光栅间距分别为L1＝633nm，P-L1＝367nm；两个不同下层金属微纳光栅间距分别为L2＝460nm，P-L2＝540nm；中间氮化硅介质波导层厚度T_d＝250nm。

进一步地，所述上层金属微纳光栅和下层金属微纳光栅由银制成。

本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：本发明通过将双层金属光栅镶嵌在介质波导层上下两侧来诱导导模产生，再通过引入结构不对称，进而获得双波长窄带滤波器，该双波长滤波器结构简单，设计合理，易于加工。