CN207424296U - 一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器 - Google Patents

一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器 Download PDF

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许吉
陈奕霖
时楠楠
刘希文
袁沐娟
陆云清
王瑾
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Abstract

本实用新型公开了一种金属‑介质‑金属波导布拉格光栅模式滤波器，所述滤波器包括两层金属Ag以及在金属Ag层间的间隙所填充的周期交替排列的介质。Ag的厚度为200nm，介质层厚度为700nm，介质交替排列周期长度为550nm，两种介质的占比为1:1，周期数为10。本申请可以实现覆盖通信波长1310nm和1550nm的波段内，反对称波导模式的截至与对称波导模式的透射，进而实现模式滤波。本实用新型结构简单，且能实现宽波段的模式滤波作用，在光通信、集成光学领域具有一定的应用价值。

Description

一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器
技术领域
本实用新型属于光通信、集成光学等领域，特别涉及一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器。
背景技术
近年来人们发展了多种纳米光波导结构来满足集成光子器件领域的高集成度要求，如光子晶体波导、等离激元波导等。其中，作为亚波长光子器件结构基础之一的等离激元波导结构——金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)型波导在电磁波传输特性及具体应用方面均被广泛研究。在MIM波导结构中引入特殊结构将赋予其更丰富的效应与功能，如引入布拉格光栅结构，可以有效调控等离激元波导模式的传播特性，形成光子禁带继而可以用作滤波器。
众所周知，在MIM波导中主要有两种可能的等离激元模式，即反对称和对称模式。国内外学者设计并研究了各种等离激元布拉格光栅结构器件，例如基于MIM波导布拉格光栅的全光开关，以及MIM结构的等离激元布拉格微腔等。然而以上结构的实现都依赖于介质层较薄情况下的反对称等离激元波导模式特性，并未考虑到高阶模的可能存在及其传输特性。因此，研制一种结构简单，又能实现宽波段范围的模式滤波器具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了实现以上效果，本实用新型提出了一种MIM波导布拉格光栅模式滤波器，其结构简单，且能实现波长为1310-1550nm宽波段的模式滤波作用。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器，所述滤波器包括两层金属以及在金属层间的间隙所填充的周期交替排列的介质。
进一步的，金属为银，厚度为200nm，两层金属之间的间隙厚度为700nm。
进一步的，介质为空气和二氧化硅，介质交替排列周期长度为550nm。
进一步的，空气和二氧化硅的占比为1:1，周期数为10。
进一步的，滤波器对入射波长1310～1550nm波段的能够实现宽带滤波及反对称模式滤波功能。
一种MIM波导布拉格光栅模式滤波器是由两层Ag中间周期交替填充介质Air(n＝1.0)和SiO2(n＝1.46)构成。
当中间介质层的厚度h远小于λ/2时(λ是入射波的波长)时，MIM波导中的对称模式将截止，因此本申请的介质层厚度h为700nm，满足入射波长为1550nm时对称波导模式的激发条件。介质交替排列周期长度为550nm，两种介质的占比为1:1，周期数为10。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种MIM波导布拉格光栅模式滤波器，结构简单，且能够实现对入射1310～1550nm波段的宽带滤波及反对称模式滤波功能。
附图说明
图1是实施例MIM波导布拉格光栅的结构设计示意图。
图2是实施例MIM波导布拉格光栅的透射谱。
图3是实施例MIM波导布拉格光栅的在1310nm(0.94eV)和1550nm(0.80eV)时的传播方向Ex场分布。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示为MIM波导布拉格光栅的结构示意图。在本实施例中设置光栅厚度h为700nm，周期长度Λ为550nm，d1＝d2＝Λ/2，Ag的厚度为200nm。
如图2所示为MIM波导布拉格光栅的透射谱，入射光从左端入射，反对称与对称模式的透过率如图所示，可以看出在反对称模式的禁带位于0.78-0.98eV，对称模式的禁带位于0.97-1.2eV，二者几乎没有交叠。在波长为1550nm(0.8eV)时，反对称和对称模式的透过率分别为1.04％和54.28％；在波长为1310nm(0.94eV)时，反对称和对称模式的透过率分别为0.37％和30.28％。因此，该结构在通信波段具有良好的模式滤波特性。
如图3所示，所述MIM波导布拉格光栅的在入射波长为1310nm(0.94eV)和1550nm(0.80eV)时的传播方向Ex场分布。给出Ex场分布的原因是，区分对称与反对称模式以纵向场分量(波导模式传播方向场分量)的对称性来定义。可以看到反对称模式的能量主要集中在金属与介质的表面，并沿着传播方向衰减较快。反对称模式是MIM结构中的低频模式，也是MIM波导中的横磁模式的基模，即TM0模式。反对称模式的场分布主要位于金属界面出，两个金属-界面的表面等离激元耦合时，界面的电荷与另一界面电荷符号相反，随着MIM波导中介质层厚度逐渐减小，波导内场能量将更强更局域，因此TM0模式不截止。而对称模式是高频模式，是TM1模，能量主要分布在介质中，界面电荷分布情况与TM0情况相反，随着介质厚度逐渐减小，模式将截止。
由此实施例可以看出，本实用新型提出的MIM波导布拉格光栅结构简易，实现了宽波段范围的反对称模式的截至与对称模式的通透，这说明本实施例对入射1310-1550nm波段的宽带滤波及反对称模式滤波功能。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式的限制。凡是依据本实用新型的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术和方法方案的范围内。

Claims (4)

1.一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器，其特征在于：所述滤波器包括两层金属以及在金属层间的间隙所填充的周期交替排列的介质。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述金属为银，厚度为200nm，两层金属之间的间隙厚度为700nm。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述介质为空气和二氧化硅，介质交替排列周期长度为550nm。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于：所述空气和二氧化硅的占比为1:1，周期数为10。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109901253A (zh) * 2019-03-22 2019-06-18 江南大学 一种表面等离子体滤波器
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