基于SPPs的新型可调谐微共振环腔滤波器的研究

摘要

微共振环腔的结构和原理于1969年被Marcatili提出，由于其结构尺寸小、制作简单，被广泛应用于滤波器、光学延迟线、光信息处理和光存储等多个领域，近年由于平面工艺水平不断地提高，基于平面波导技术的微共振环腔滤波器进一步受到人们的关注和研究，并得以迅速发展。衍射极限的存在制约了光子器件的大小使得光子器件大规模集成的目标遇到阻碍，如何提高光子器件的集成度是一个难题，微共振环腔滤波器的应用也受此制约。在用于缩小光子回路尺寸的各种技术中表面等离子激元技术(SPPs)是最有前景的一种，它本质上是光子和导体中的自由电子相互作用而被表面俘获的光波，或者说是自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态，沿着导体一电解质分界面将光束缚在亚波长结构中传播，打破了衍射极限的限制，大大缩小了光子器件的大小。本文针对基于表面等离子激元的可调谐微共振环腔滤波器进行设计研究，主要内容包括：
　　 (1)介绍表面等离子激元技术的产生、发展和应用；对本文的主要分析方法--时域有限差分法进行介绍分析；以工作原理对目前可调谐滤波器进行分类介绍，重点介绍全通型和上下载型单环共振环腔的工作原理和透射特性；
　　 (2)在上面基础之上设计出一种新型的基于表面等离子激元的可调谐二维微共振环腔滤波器，其微环半径只有大约1μm，整个器件所占尺寸大约是3μm×3μm，截面长度只有200nm，打破了衍射极限的制约实现亚波长结构。通过仿真得到1550nm通信波段左右的透射光谱图，并对滤波器核心性能参数例如消光比、自由光谱范围，-3dB带宽等核心性能参数进行分析，并通过改变微环大小分析出射光谱的变化得以实现吸收峰的可调谐；
　　 (3)所设计的基于表面等离子激元新型可调谐微共振环腔滤波器具有亚波长结构和超强透射等优点，分析了对此新型滤波器可以改进的地方如多环的使用等，并展望其今后可以应用在光通信WDM系统、光信息处理等领域。