基于表面等离子激元的新型MIM滤波器结构设计与传输特性分析研究
发布时间：2020-05-17 17:54
【摘要】：随着当今信息与通信技术的发展,集成电路也朝着更高的集成度方向发展,传统的光电器件已经不能满足人们对信息高速传输日益增长的需求,人们在逐渐探索具有更高传输速率和更好性能的光电子器件。表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)的出现为下一代光子集成电路(Photonic Integrated Circuit,PIC)的研制提供了可能。基于表面等离子激元波导技术,多种金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)结构的微纳米级光电子器件已被成功设计出来,譬如:滤波器,传感器,分束器等。本文基于MIM型表面等离子激元波导结构提出了两种新型滤波器,分别是利用边界耦合方法所构造的凸形环MIM结构滤波器和利用口径耦合方法所构造的斜对称双L形MIM结构滤波器。运用有限元法(Finite Element Method,FEM)对提出的滤波器进行数值仿真计算得到其磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布。对于所提出的凸形环结构滤波器,具有透射峰窄,谱线平滑等特点,且阻带透射率最低可低于0.001,通带透射率最高可达0.977。当增大结构参数h_2与介质有效折射率n_(eff)时,相应的透射谱线会发生明显地红移;增大结构参数L_1时,透射谱几乎无任何变化。对参数进行了调整和优化,相应的谐振波长可分布在第一光通信窗口(850 nm)和第三光通信窗口(1550 nm)附近,能够很好地运用于光通信三个窗口中作为波长选择滤波器。对于所提出的斜对称双L形滤波器,通过调节结构参数其透射谱同样可发生明显的红移或蓝移,该滤波器可实现在第一通信窗口附近透射比高达0.964,第二、三通信窗口附近透射比为0的效果,且通带、阻带均具有较宽的带宽,可作为带通/带阻混合型滤波器。此外,分别基于所提出的两种结构,又提出了两个相应的改进型结构,本文所设计的滤波器在光纤通信以及波分复用系统中具有一定的应用前景。
【图文】：
(a) (b)图 1.1 矩形腔滤波器 (a)结构示意图；(b)透射谱线。1.2.2 纳米圆盘形滤波器2010 年，Liu Hua 等人提出了一种纳米圆盘形带通滤波器[28]，如图 1.2 所示。其结构示意图如图 1.2(a)所示，在主波导管中间放置一个圆盘谐振腔，结构参数设置为：r = 200 nm、wt= 50 nm、dt= 20 nm 和 L = 400 nm。图 1.2(b)为其仿真后的透射谱线，从图中可以看出，入射波长在 450-1000nm 之间，出现了两个狭窄的波峰，分别为 520 nm 和 816 nm，且波峰值均大于 0.6，能够实现波峰处带通滤波的效果。
(a) (b)图 1.1 矩形腔滤波器 (a)结构示意图；(b)透射谱线。1.2.2 纳米圆盘形滤波器2010 年，Liu Hua 等人提出了一种纳米圆盘形带通滤波器[28]，如图 1.2 所示。其结构示意图如图 1.2(a)所示，在主波导管中间放置一个圆盘谐振腔，结构参数设置为：r = 200 nm、wt= 50 nm、dt= 20 nm 和 L = 400 nm。图 1.2(b)为其仿真后的透射谱线，从图中可以看出，入射波长在 450-1000nm 之间，出现了两个狭窄的波峰，，分别为 520 nm 和 816 nm，且波峰值均大于 0.6，能够实现波峰处带通滤波的效果。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713
【图文】：
(a) (b)图 1.1 矩形腔滤波器 (a)结构示意图；(b)透射谱线。1.2.2 纳米圆盘形滤波器2010 年，Liu Hua 等人提出了一种纳米圆盘形带通滤波器[28]，如图 1.2 所示。其结构示意图如图 1.2(a)所示，在主波导管中间放置一个圆盘谐振腔，结构参数设置为：r = 200 nm、wt= 50 nm、dt= 20 nm 和 L = 400 nm。图 1.2(b)为其仿真后的透射谱线，从图中可以看出，入射波长在 450-1000nm 之间，出现了两个狭窄的波峰，分别为 520 nm 和 816 nm，且波峰值均大于 0.6，能够实现波峰处带通滤波的效果。
(a) (b)图 1.1 矩形腔滤波器 (a)结构示意图；(b)透射谱线。1.2.2 纳米圆盘形滤波器2010 年，Liu Hua 等人提出了一种纳米圆盘形带通滤波器[28]，如图 1.2 所示。其结构示意图如图 1.2(a)所示，在主波导管中间放置一个圆盘谐振腔，结构参数设置为：r = 200 nm、wt= 50 nm、dt= 20 nm 和 L = 400 nm。图 1.2(b)为其仿真后的透射谱线，从图中可以看出，入射波长在 450-1000nm 之间，出现了两个狭窄的波峰，，分别为 520 nm 和 816 nm，且波峰值均大于 0.6，能够实现波峰处带通滤波的效果。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713
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本文编号：2668945
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