微纳环形谐振器的共振特性及其调控的研究

摘要

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是光和局域在金属表面的自由电子相互作用所引起的一种混合电磁波模式。近年来，基于表面等离子体激元的亚波长光学受到了学术界与技术应用领域的密切关注。表面等离子体激元为人们控制光在纳米金属结构中的传输提供了新的思路。人们设计与研究了多种新型的微纳光子器件，这些器件将在未来的的光电集成回路与光子计算机，以及光激发、数据存储、显微技术以及生物光子学等领域具有广泛的应用前景。本论文在国内外现有科研成果的基础上，运用时域有限差分法(FDTD)，研究了多种微纳环形谐振器的表面等离子体共振和调控机制，发现了一些新的物理现象，引入了新的结构因子，并探索了可能产生的新应用，为光子回路的设计提供了器件参考。
　　论文主要有以下几个内容:
　　提出了一个基于侧向孔耦合方环谐振器(ASR)的过滤器，通过有限时域差分法研究了SPP过滤器的透射特性，详细探讨了结构中SPP的共振模，同时引入了新的结构调控因子。结果显示，对于普通侧向耦合方环谐振器(RSSR)，偶模和奇模都会发生简并的解除。在用纳米孔将方环与总线波导耦合后，发现透射谱中出现半整数共振模。这种半整数模可以通过改变方环谐振器的边长、孔的宽度和孔中的填充的介质来线性调制。这种简单的带阻型滤波器在高密度SPP波导集成中非常有应用前景。
　　在端耦合圆环形谐振器中与端耦合方环形谐振器中引入金属纳米壁，将其置于不同位置，发现了其位置变化对透射谱产生了十分有趣的调制结果。研究表明，与不加纳米壁的端耦合环形谐振器相比，加入金属纳米壁可以有选择的抑制其中某一个共振模式而让另外一个共振模式通过，因此，金属纳米壁的存在相当于一个光学开关，通过位置变化，控制不同的信号通过。此器件的特性可以应用在高密度光子集成器件与光子计算机中。