[发明专利]一种TM通偏振滤波器

说明书

本发明公开了一种TM通偏振滤波器，其包括衬底、支撑层、高折射率波导区域、间隔层和金属层，高折射率波导区域设置在衬底上表面的中间位置，支撑层设置在衬底上表面上且位于高折射率波导区域的两侧，金属层设置在支撑层的上方且通过支撑层支撑在高折射率波导区域上方，间隔层设置在金属层与支撑层之间；高折射率波导区域包括依次连接的拱柱形输入波导、拱柱形混合等离激元波导和拱柱形输出波导，其中，拱柱形输入波导与拱柱形输出波导的尺寸一致，拱柱形混合等离激元波导的宽度小于拱柱形输入波导和拱柱形输出波导的宽度。本发明能够有效滤除TE模式，实现长传输距离的TM模式的传输，并能有效避免边角效应带来的损耗。

技术领域

本发明涉及一种紧凑型高性能的TM通偏振滤波器，属于光通信、集成光子器件技术领域。

背景技术

随着超大带宽、高速率、宽带宽、超稳定的光通信系统的快速发展，光波导器件的集成化、微型化和紧凑化已成为科学技术研究与应用的重要趋势之一。从光子晶体波导、表面等离激元波导的提出和发展以来，高集成，低损耗的波导器件受到广泛关注，但由于金属带来的巨大损耗，和介质的边角效应，导致光波导器件难以在保持模式限制能力的同时保持长传输距离，而传统的混合等离激元波导的传输距离只有几十到几百微米，因此传统的混合等离激元波导偏振滤波器的传输效果和透过率并不优越。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种TM通偏振滤波器，通过波导结构设计有效滤除TE模式，利用混合等离激元波导的强限制能力，使用拱柱形波导避免边角效应带来的损耗，从而实现长传输距离的TM模式的传输，实现TM模式高透过能力。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

本发明提出了一种TM通偏振滤波器，包括衬底、支撑层、高折射率波导区域、间隔层和金属层，所述高折射率波导区域设置在衬底上表面的中间位置，所述支撑层设置在衬底上表面上且位于高折射率波导区域的两侧，所述金属层设置在支撑层的上方且通过支撑层支撑在高折射率波导区域上方，间隔层设置在金属层与支撑层之间；

所述高折射率波导区域包括依次连接的拱柱形输入波导、拱柱形混合等离激元波导和拱柱形输出波导，其中，拱柱形输入波导与拱柱形输出波导的尺寸一致，拱柱形混合等离激元波导的宽度小于拱柱形输入波导和拱柱形输出波导的宽度。

进一步的，所述拱柱形混合等离激元波导的一端通过第一楔形模式转换区域与拱柱形输入波导连接，拱柱形混合等离激元波导的另一端通过第二楔形模式转换区域与拱柱形输出波导连接。

进一步的，所述间隔层和金属层设置在楔形模式转换区域和拱柱形混合等离激元波导的上方。

进一步的，所述高折射率波导区域和金属层之间的空气构成低折射率层。

进一步的，所述衬底的材料为SiO₂，所述支撑层的材料为ZnO，所述高折射率波导区域的材料为Si，所述间隔层的材料为Si₃N₄，金属层的材料为Ag。

进一步的，所述拱柱形混合等离激元波导的宽度的取值范围为100nm～200nm，拱柱形混合等离激元波导的矩形部分高度的取值范围为300nm～350nm，拱柱形混合等离激元波导的圆弧部分的高度等于拱柱形混合等离激元波导的宽度的一半，拱柱形混合等离激元波导的长度的取值范围为2500nm～3500nm。

进一步的，拱柱形输入波导的宽度的取值范围为400nm～500nm，拱柱形输入波导的矩形部分高度的取值范围为150nm～200nm，拱柱形输入波导的圆弧部分的高度等于拱柱形输入波导的宽度的一半，拱柱形输入波导的长度的取值范围为1000nm～2000nm。

进一步的，第一楔形模式转换区域的长度与第二楔形模式转换区域的长度一致，均为500nm。

进一步的，拱柱形混合等离激元波导的高度、拱柱形输入波导的高度和拱柱形输出波导的高度相等。