[发明专利]一种基于MIM波导耦合腔结构的多透射峰等离子体滤波器

说明书

本发明公开了一种基于MIM波导耦合腔结构的多透射峰等离子体滤波器，其主要包括金属膜以及开设在金属膜上的多个狭缝结构单元，这些狭缝结构单元由贯通在金属膜上下表面的多个横向矩形狭缝和多个纵向矩形狭缝组成。其中金属膜下端同一水平上的两个横向矩形狭缝结构单元为波导管的入射管和出射管；金属膜中波导管上方的三个横向矩形狭缝与四个纵向矩形狭缝结构单元构成统一整体的谐振腔。本发明的滤波器可以实现多通道滤波，每个透射峰的透射率均高达75％以上，最高透射率可达93％，其最小半峰全宽约为10nm，品质因数可以高达122.81。该多透射峰滤波器在应用中具有适用范围广、利用率高及易于集成等优势。

(一)技术领域

本发明属于微纳光电子技术领域，具体涉及一种基于MIM波导耦合腔结构的多透射峰等离子体滤波器。

(二)背景技术

表面等离激元(Surface Plasmon Polartions，SPPs)是由于光入射到金属表面时金属中的自由电子与光子的相互作用而形成的一种电磁表面波，这种特殊的电磁波沿金属表面的方向传播并垂直于金属界面向两侧呈指数衰减，由于其具有独特的表面波特性，它能够将光波约束在空间尺寸远小于其自由空间波长的区域，并能突破传统光学中的衍射极限，从而实现微纳光学器件的集成。

目前，基于SPPs波导结构中主要有IMI(Insulator-Metal-Insulator)和MIM(Metal-Insulator-Metal)两种波导结构类型，其中IMI波导具有较低的损耗，但是限制光在亚米波长传播的能力较弱，相对应的MIM波导不仅在较宽的频谱范围内支持亚波长高速度模式，而且可以实现长程传播并允许其在纳米量级操控光和传播光。由于MIM波导具有较强限制光传播特性，因此各种具有不同性能的微纳光学器件逐渐设计出来，如分束器、定向耦合器、传感器、全光开关等，其在微纳光子学领域中发挥着越来越重要的作用。

近些年来，微纳光学功能器件在各方面取得了许多突破，基于MIM波导表面等离激元波导滤波器不断被提出及加以研究。例如，Gaige zheng等人(Optics Communications,2013,305(3):164-169)设计的圆环谐振腔结构，该结构具有结构简单、双模式等优点，但其通带的透射率较低且调节共振模式的参数较少，因此在一些方面限制了其应用范围。Guangzhi zhan等人(Optics Express，2014,22(8):9912-9919)设计了纳米盘谐振腔结构，该结构与上述结构相比，其不仅出现了双模式的共振效果而且还优化了通带的透射率，但是除了双模式及优化了透射率外，其在多模式的应用方面受到了制约。Zhao Zhang等人(Plasmonics,2015,10(1):139-144)设计了矩形级联腔结构，该结构与上述两个结构相比，虽然其具有多模式的共振峰，但某些共振峰的透射率略低，因而共振峰的透射率还有提高的可能。此外，还有许多结构都从不同的角度对多模式、可调节等方面进行了分析研究。因此，基于以上分析，为了克服现有微纳光学滤波器共振模式少、带通透射率效率低的问题，本发明提出了一种基于MIM波导耦合腔结构的多透射峰等离子体滤波器。

(三)发明内容

本发明主要针对传统的滤波器及表面等离子光学滤波器透射峰数量少、透射率较低，从而导致其应用范围有限的问题，提出了一种基于MIM波导耦合腔结构的多透射峰等离子体滤波器。为了解决上述问题以及获得良好滤波特性，本发明是通过以下方案来实现。