[发明专利]一种混合等离激元波导布拉格光栅

说明书

本发明公开了一种混合等离激元波导布拉格光栅，混合等离激元波导布拉格光栅包括金属Ag层、高折射率材料Si层以及Ag层和Si层中间填充的低折射率层。本发明所提供的HPWBG可以实现在禁带1550nm附近宽波段范围内TM模式的截至和TE模式的透射，且可以实现低频通带、高频通带及禁带频段的透射谱优化。

技术领域

本发明属于用于光通信、集成光学等领域的人工微结构材料，尤其涉及一种混合等离激元波导布拉格光栅。

背景技术

近年来人们发展了多种纳米光波导结构来满足集成光子器件领域的高集成度要求，如光子晶体波导、等离激元波导等。其中，表面等离激元波导因其突破衍射极限的尺度和光电集成的材料特性被广泛关注。然而金属带来的损耗导致波导模式的传播距离很小，限制了表面等离激元波导及波导型器件的应用。因此能有效降低损耗和增大了传输距离的混合等离激元波导结构被提出。混合等离激元波导(hybrid plasmonic waveguides,HPWs)的关键点就是在金属和高折射率介质间引入了低折射率间隙，使得波导结构能够在介质波导的低损耗和表面等离激元波导的模式约束能力之间获得较好的折中。正是基于这个原因，各种基于HPWs的集成光子器件被设计出来，例如表面等离激元纳米透镜、高效的光学调制器、偏振光束器，等等。

其中，作为波长依赖的光子器件布拉格光栅，结合HPWs结构以杰出的滤波特性和低损耗特性吸引了很多学者的研究。Jiansheng Liu等人设计了一种基于HPWs的纳米结构光栅(Xiao J,Liu J,Zheng Z,et al.Design and analysis of a nanostructuregrating based on a hybrid plasmonic slot waveguide[J].Journal of Optics,2011,13(10):105001.)，它可以用作TM模式的宽带滤波器。Daoxin Dai等人也利用HPWs设计了一种结构简单、性能优良的超宽带宽带TM通偏振器(Guan X,Xu P,Shi Y,et al.Ultra-compact Broadband TM-pass Polarizer Using a Silicon Hybrid PlasmonicWaveguide Grating[C]//Asia Communications and Photonics Conference.2013.)。值得注意的是，当频率处于通带位置时光栅结构的透射谱的总是存在明显的震荡，这对一些灵敏度不高的探测器来说是不适宜的。所以研究如何在减少透射谱振荡和提高透过率的同时保持滤波的良好特性是非常有意义的。

发明内容

本发明一种的目的是针对现有技术的缺陷，提供结构简单，能实现在中心波长1550nm附近宽波段的TM模式的滤波作用，且能根据需要对低频通带、高频通带及禁带的透射谱进行调节优化的混合等离激元波导布拉格光栅。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术特征:一种混合等离激元波导布拉格光栅，所述的混合等离激元波导布拉格光栅包括金属Ag层、高折射率材料Si层以及Ag层和Si层中间填充的低折射率层。

进一步的，低折射率层包括两端的导纳匹配区和中间的布拉格结构区。

进一步的，布拉格结构区由两种低折射率材料交替排列呈周期性结构，所述导纳匹配区采用一种低折射率材料。

进一步的，布拉格结构区一个周期中两种材料的占空比为0.5:0.5。

进一步的，两种低折射率材料的长度根据布拉格反射条件在入射波长1550nm下求出。

进一步的，导纳匹配区的长度不同于布拉格结构区的长度。

进一步的，导纳匹配区和布拉格结构区的低折射率材料为TiO₂和SiO₂。

进一步的，混合等离激元波导布拉格光栅能够实现在禁带1550nm的宽波段范围内TM模式的截至和TE模式的透射。