光子学报
2023, 52(10): 1052415
兰州大学信息科学与工程学院光电子与电磁信息研究所, 甘肃 兰州 730000
基于表面等离激元提出一种由半圆环谐振空腔、挡板及直波导构成的金属-介质-金属波导结构。当入射光波进入该波导结构时,半圆环谐振腔形成两个较窄的离散态与金属挡板形成较宽的连续态发生干涉效应,并形成两个尖锐非对称的共振谱,即两种模式的Fano共振。运用耦合模式理论和有限元分析方法对结构的传输谱特性进行数值仿真分析,研究结构参数和介质折射率参数对传输品质因数和敏感度特性的影响。通过对结构参数进行优化分析,发现可通过改变结构参数对系统的性能进行灵活的调节和优化,并得到两个模式下的品质因数分别为3.05×10 5和4.59×10 5,对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1160 nm/RIU(RIU为折射率单元)。这种灵活的双重Fano共振结构在纳米生物传感器、非线性光学和慢光研究中具有一定的应用价值。
集成光学 金属-介质-金属波导 Fano共振 半圆环共振腔 品质因数 传感器 表面等离激元 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 131301
1 燕山大学电气工程学院测试计量技术与仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
基于表面等离子亚波长结构的传输特性与光子局域特性,提出了一种单挡板金属-电介质-金属(MDM)波导耦合圆盘级联结构。由圆盘级联形成的孤立态与金属挡板形成的较宽连续态干涉相长相消,形成了两种不同模式的Fano共振。结合耦合模理论,分析了该结构形成Fano共振的传输特性,采用有限元分析法对结构进行了模拟仿真,定量分析了结构参数对折射率传感特性影响。根据折射率变化的物理机制,分析了温度和湿度在实际测量过程中对测量结果的影响,并采用差动传感的方法有效解决了传感过程中的交叉敏感问题。
测量 金属-电介质-金属波导 Fano共振 单挡板 级联结构 差动传感
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
基于表面等离子亚波长结构的传输特性,提出一种含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔结构。由金属双缝波导谐振腔形成的较宽的连续态波与由环形谐振腔形成的较窄的孤立态波耦合干涉相消,形成Fano共振。结合耦合波理论,分析了该结构形成Fano共振的传输及相位特性。采用有限元分析法对该结构进行模拟仿真,定量分析了结构参数对结构慢光特性的影响,实现结构参数优化。结果表明,优化后的结构群折射率可达205。该结构能为集成等离子慢光器件的设计提供有效的理论参考。
表面光学 表面等离子 金属-电介质-金属波导 Fano共振 慢光
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学物理系, 黑龙江 哈尔滨 150001
利用金属表面等离激元（SPP）对光波的束缚和局域增强作用，设计了一种基于金属-电介质-金属波导布拉格光栅的全光开关。根据波导的电介质材料及其结构对有效折射率的调制作用，确定了开关各结构组成部分的材料和尺寸。通过引入金属波导滤波结构对抽运光和信号光进行了有效地分离，防止了抽运光对信号光及后续光路的干扰。使用时域有限差分算法（FDTD）对开关性能进行仿真，结果表明：新设计的全光开关在抽运光的光强为50 MW/cm2 时其消光比达到7.32 dB，开关响应时间小于2 ps，结构的横向尺寸约为400 nm。
集成光学 全光开关 时域有限差分方法 金属波导 布拉格光栅
