[发明专利]一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅

说明书

本发明揭示了一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，该混合等离激元波导布拉格光栅由两组不同周期结构的混合等离激元波导布拉格光栅串联以及入射端、出射端的导纳匹配波导耦合形成，第一组混合等离激元波导布拉格光栅由两种波导交替排列形成，第二组混合等离激元波导布拉格光栅由两种波导交替排列形成。两组混合等离激元波导布拉格光栅均由金属Ag条和高折射率材料Si中间周期性地交替填充两种低折射率材料A和B构成。该混合等离激元波导布拉格光栅结构简单，能实现两个指定宽波段处TM模式的截止，通过改变匹配区的波导长度和光栅周期可以实现对指定波段内的通频带的动态选择，并且能够对通带及禁带的位置和性能进行调节优化。

技术领域

本发明涉及一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，可用于光通信、集成光学等技术领域。

背景技术

在近现代的通信领域的发展中，器件集成度的提高一直是人们在光子期间研究中的一个重要追求，光子晶体波导、表面等离激元波导为代表的多种纳米光波导结构被提出和发展。其中，表面等离激元波导突破了传统光学研究中衍射极限的约束，但是由于欧姆损耗的存在，该波导不能用于长距离传输。为了能够在损耗与约束之间进行折中平衡，混合表面等离激元波导被提出，通过在金属和高折射率介质间引入低折射率间隙，这种波导结构能够在降低损耗的同时保证较好的场约束能力。正是基于这个原因，各种基于混合等离激元波导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。而混合表面等离激元波导与布拉格光栅的耦合，能够更为理想地对某波长的波进行选择。王泉等人研究的杂化表面等离激元多层布拉格光栅结构(王泉，肖经，韦启钦，刘平.基于杂化表面等离激元的多层波导布拉格光栅[J].光学学报，2018，38(01)：48-53.)能够在周期数为60时对特定光波产生滤波作用，该结构不仅可以降低金属表面对光场限制所形成的损耗，而且表现出了较强的模场限制能力，但是值得注意的是，一个具有高集成度、高利用率特点的光器件，往往需要相同的结构可以实现多个功能，所以研究如何在原有的带通滤波器的基础上解决禁带单一性的问题是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，由两组不同周期结构的混合等离激元波导布拉格光栅串联以及入射端、出射端的导纳匹配波导耦合形成，第一组混合等离激元波导布拉格光栅由两种波导交替排列形成，第二组混合等离激元波导布拉格光栅由两种波导交替排列形成。

优选地，所述第一组混合等离激元波导布拉格光栅由金属Ag条和高折射率材料Si中间周期性地交替填充两种低折射率材料A和B构成，

优选地，所述第一组混合等离激元波导布拉格光栅包括n个交替填充排列的两种低折射率材料A和B。

优选地，所述第二组混合等离激元波导布拉格光栅由金属Ag条和高折射率材料Si中间周期性地交替填充两种低折射率材料A和B构成。

优选地，所述第二组混合等离激元波导布拉格光栅包括n个交替填充排列的两种低折射率材料A和B。

优选地，所述低折射率材料A为TiO₂，所述低折射率材料为SiO₂。

优选地，所述第一组混合等离激元波导布拉格光栅和第二组混合等离激元波导布拉格光栅的周期数N为15.5。

优选地，所述布拉格光栅的周期为Λ＝d_A+d_B，具体的结构参数由下式确定：