CN209417339U - 一种双波段可调谐吸收器 - Google Patents
一种双波段可调谐吸收器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209417339U CN209417339U CN201822017859.XU CN201822017859U CN209417339U CN 209417339 U CN209417339 U CN 209417339U CN 201822017859 U CN201822017859 U CN 201822017859U CN 209417339 U CN209417339 U CN 209417339U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bragg grating
- metal
- waveguide
- unit
- length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本实用新型揭示了一种双波段可调谐吸收器，该双波段可调谐吸收器包括金属‑介质‑金属波导、波导内的金属膜‑布拉格光栅Ⅰ‑布拉格光栅Ⅱ‑金属膜结构，金属‑介质‑金属波导的波导宽度为W，波导内填充有不同折射率的介质，布拉格光栅Ⅰ结构由单元A和单元B周期性排列构成，周期数为N1，布拉格光栅Ⅱ结构由单元C和单元D周期性排列构成，周期数为N2。通过在金属‑介质‑金属(MIM)波导中引入金属膜‑布拉格光栅Ⅰ‑布拉格光栅Ⅱ‑金属膜结构，从而激发出类光学Tamm态，形成明显的吸收峰。通过各种参数的调节，可以实现双波段可调谐的完美吸收。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双波段可调谐吸收器，可用于纳米光子学技术领域。
背景技术
表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是局域在金属表面的一种电磁波模式，是基于入射电磁辐射与金属表面传导电子或金属纳米级颗粒的相互作用，激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，由于其可以在亚波长尺度对电磁波进行约束和调制，故逐渐成为纳米光子学这一热门领域最有潜力的信息载体。基于SPPs的各种纳米光子器件被认为是最有希望实现纳米全光集成回路的基础。
由于SPPs产生时，分布在金属表面的自由电子发生集体震荡，会使大量的光子能量转化为自由电子的振荡能量，从而形成对光的强烈吸收，表面等离子体光吸收器就是一种能够对光频电磁波进行有效吸收的亚波长纳米光器件。相对于传统的光学吸收器而言，不需要使材料的介电常数呈渐变分布，且尺寸小、易于集成、参数易设计、结构易制备，在抗电磁干扰、危险物质检测、相干热辐射和隐身技术等领域有着重要的应用。适当的设计表面等离子体光吸收器的结构，可以控制吸收器的效率，并调节吸收峰的带宽和位置，近年来诸如表面等离子体光栅型吸收器、间隙等离子体与F-P共振混合吸收器、Tamm 等离子体完美吸收器等各种等离子体吸收器结构被提出。
2005年Vinogradov等人提出了另一种表面波——光学塔姆态(OTS)，与SPPs不同，OTS是由于Bragg反射而在界面上形成的、强度沿分界面向两边材料衰减的无损耗表面态。目前能够观测到光学Tamm态(OTS)的结构主要有两种：一维光子晶体异质结结构和金属-分布式布拉格反射镜(DBR)结构。这种新型的光学表面态是由电子表面态类比而来，相对于SPPs，OTS在激发机制和光学特性上具有诸多优势：OTS极化激元线宽极窄，比SPPs的线宽小接近一个数量级，具有更强的局域场增强效应；OTS形成于光子晶体界面上，损耗更小，为新型微纳光子器件的设计开辟了新途径。
据国内外研究发现，在金属-介质-金属(MIM)波导中引入布拉格光栅，可以使得表面等离激元的传播特性受到影响，具有光子禁带特性。进一步，通过在MIM波导内引入金属膜-布拉格光栅结构，也可以在MIM波导中形成类似于光学Tamm态的强局域现象，我们称之为类光学Tamm态。当布拉格光栅和金属膜交界面的光场，向两边的反射光束满足相干相长的相位匹配条件时，实现了光场的共振增强，从而在布拉格光栅禁带的中心频率附近可以得到一个极窄的吸收峰，实现窄带宽、高吸收率的吸收器。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种双波段可调谐吸收器，通过在金属-介质-金属(MIM)波导中引入金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II- 金属膜结构，从而激发出类光学Tamm态，形成明显的吸收峰。通过各种参数的调节，可以实现双波段可调谐的完美吸收。
本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种双波段可调谐吸收器，包括金属-介质-金属波导、波导内的金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II-金属膜结构，金属-介质-金属波导的波导宽度为W，波导内填充有不同折射率的介质，所述布拉格光栅I结构由单元A和单元B周期性排列构成，周期数为N1，所述布拉格光栅II结构由单元C 和单元D周期性排列构成，周期数为N2，所述单元A的宽度和长度分别为WA和DA，单元B的宽度和长度分别为WB和DB，单元C的宽度和长度分别为WC和DC，单元D 的宽度和长度分别为WD和DD。
优选地，所述金属-介质-金属波导结构中的金属与所述波导内的金属膜-布拉格光栅 I-布拉格光栅II-金属膜中的金属相同，均为银。
优选地，所述波导内的金属膜为两块，分别位于布拉格光栅I的左侧和布拉格光栅II的右侧波导内，金属膜厚度为Dm＝16nm。
优选地，所述布拉格光栅内填充不同折射率的介质，所述介质的折射率为n。
优选地，所述布拉格光栅I周期数N1＝3；所述布拉格光栅II周期数N2＝3。
优选地，所述金属-介质-金属波导的波导宽度W＝60nm，所述单元A的宽度和长度分别为WA＝60nm和DA＝120nm，单元B的宽度和长度分别为WB＝460nm和DB＝60nm，单元C的宽度和长度分别为WC＝2060nm和DC＝60nm，单元D的宽度和长度分别为 WD＝60nm和DD＝240nm。
优选地，当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光由左侧入射即正入射时，入射光波长为1126nm。
优选地，当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光由右侧入射即反入射时，入射光波长为1674nm。
优选地，TM偏振光正入射时，布拉格光栅中介质的折射率n为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0。
优选地，TM偏振光反入射时，布拉格光栅中介质的折射率n为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：通过在金属-介质-金属(MIM)波导中引入金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II-金属膜结构，有效地激发金属膜和布拉格光栅的界面上的类光学Tamm态，实现对入射光场的有效吸收。由于布拉格光栅I和布拉格光栅II周期单元不同，可实现双波段的吸收，进一步，在布拉格光栅中填充不同折射率的介质，可以调谐吸收器的吸收波长。该吸收器具有结构简单、易制备、尺寸小、且工作波长可调等特点，因此未来在光子集成、危险物质检测等领域有着重要的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型双波段可调谐吸收器剖面视图。
图2为本实用新型当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光由左侧入射即正入射时，入射光波长为1126nm，吸收器器件中的磁场强度|Hy|分布图。
图3为本实用新型的TM偏振光由右侧入射即反入射时，入射光波长为1674nm，吸收器器件中的磁场强度|Hy|分布图。
图4为本实用新型当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光正入射，不同波长下反射、透射、吸收的变化关系图。
图5为本实用新型当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光反入射时，不同波长下反射、透射、吸收的变化关系图。
图6为本实用新型的TM偏振光正入射时，布拉格光栅中分别填充折射率为1.0、1.2、 1.4、1.6、1.8和2.0的介质时，吸收器的吸收谱。
图7为本实用新型的TM偏振光反入射时，布拉格光栅中介质的折射率为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0时，吸收器的吸收谱。
图8为本实用新型的吸收器正反入射时，吸收器吸收波长随介质折射率的变化关系图。
具体实施方式
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
本实用新型揭示了一种双波段可调谐吸收器，如图1所示，该双波段可调谐吸收器包括金属-介质-金属波导(Metal Insulator Metal，MIM)、波导内的金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II-金属膜结构。所述波导的宽度为W，波导内可填充不同折射率的介质。所述布拉格光栅I结构由单元A和单元B周期性排列构成，周期数为N1，布拉格光栅 II结构由单元C和单元D周期性排列构成，周期数为N2。所述单元A的宽度和长度分别为WA和DA，单元B的宽度和长度分别为WB和DB，单元C的宽度和长度分别为 WC和DC，单元D的宽度和长度分别为WD和DD。
所述金属-介质-金属波导的波导宽度W＝60nm，所述单元A的宽度和长度分别为WA＝60nm和DA＝120nm，单元B的宽度和长度分别为WB＝460nm和DB＝60nm，单元C 的宽度和长度分别为WC＝2060nm和Dc＝60nm，单元D的宽度和长度分别为WD＝60nm 和DD＝240nm。
所述金属-介质-金属波导结构中的金属与所述波导内的金属膜-布拉格光栅结构中的金属相同，均为银。所述波导内的金属膜厚度为Dm，所述金属膜厚度Dm的取值为16nm。其介电常数可参考Drude模型：其中ε∞＝3.7为带间跃迁对介电常数的贡献，ωp＝9.1eV为等离子体共振频率，γ＝0.018eV为电子碰撞频率，ω为真空中的入射光频率，其金属膜厚度小于入射光波长的趋肤深度。通过调节吸收器器件中介质的折射率、布拉格光栅参数，以及波导中金属膜的厚度等结构参数，可灵活调节吸收器的工作波长。
所述布拉格光栅中可填充不同折射率的介质，所述介质的折射率为n。所述布拉格光栅I周期数N1＝3；所述布拉格光栅II周期数N2＝3。
如图2所示为填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光正入射，入射光波长为1126nm，即类光学Tamm态的激发波长，吸收器器件中的磁场强度分布。图3所示为TM偏振光反入射，入射光波长为1674nm，即类光学Tamm态的激发波长，吸收器器件中的磁场强度分布。TM偏振光的入射时，在满足相位匹配的条件下，金属膜和布拉格光栅界面上的类光学Tamm态得到有效激发，光场能量被局域与金属膜和布拉格光栅界面处，实现对光场的吸收。
如图4和图5所示，当布拉格光栅中的介质为空气，即n＝1时，正入射和反入射时的吸收、反射和透射谱，虚线为吸收谱，实线为反射谱，点线为透射谱，图4横坐标为波长，纵坐标为吸收率A、反射率R、透射率T。图5横坐标为波长，纵坐标为吸收率A、反射率R、透射率T。
如图6和图7所示，当布拉格光栅中介质的折射率n的取值分别为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0时，该吸收器的正反入射时的吸收谱。图6横坐标为波长，纵坐标为吸收率。图7横坐标为波长，纵坐标为吸收率。
如图8所示，吸收器器件吸收谱中的吸收峰所对应的波长，即类光学Tamm态的激发波长随着介质折射率的变化关系。反向入射时，吸收器器件吸收谱中的吸收峰所对应的波长，即类光学Tamm态的激发波长随着待测介质折射率的变化关系呈线性关系。正向入射时，可在1.2μm～2.2μm范围内实现可调谐吸收，反向入射时，可在1.7μm～3.3μm 范围内实现可调谐吸收。图8横坐标为折射率，纵坐标为波长。
通过在金属-介质-金属(MIM)波导中引入金属-布拉格光栅结构，有效地激发金属和布拉格光栅的界面上的类光学Tamm态，由于布拉格光栅I和布拉格光栅II周期单元不同，可实现双波段的吸收，进一步，在布拉格光栅中填充不同折射率的介质，可以调谐吸收器的吸收波长。该吸收器具有结构简单、易制备、尺寸小、快速传感、且工作波长可调等特点，因此未来在光子集成、危险物质检测等领域有着重要的应用前景。
所述入射光为TM偏振光，金属-介质-金属波导内的等离子体激元模式得到有效激发，等离子体激元沿着波导传输，到达金属-布拉格光栅界面，当金属与布拉格光栅之间的虚相位及虚阻抗满足匹配条件时，金属膜与布拉格光栅界面处的类光学Tamm态得到有效激发，光场能量局域于金属膜与布拉格光栅界面处，实现吸收，类光学Tamm态的激发波长随着布拉格光栅中所填充的介质的折射率的变化而变化。
TM偏振光的入射时，在满足相位匹配的条件下，金属膜和布拉格光栅界面上的类光学Tamm态得到有效激发，光场能量被局域与金属膜和布拉格光栅界面处，实现对光场的吸收。由于布拉格光栅I和布拉格光栅II周期单元不同，可实现双波段的吸收，进一步，在布拉格光栅中填充不同折射率的介质，可以调谐吸收器的吸收波长。该吸收器具有结构简单、易制备、尺寸小、且工作波长可调等特点，因此未来在光子集成、危险物质检测等领域有着重要的应用前景。
本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：包括金属-介质-金属波导、波导内的金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II-金属膜结构，金属-介质-金属波导的波导宽度为W，波导内填充有不同折射率的介质，所述布拉格光栅I结构由单元A和单元B周期性排列构成，周期数为N1，所述布拉格光栅II结构由单元C和单元D周期性排列构成，周期数为N2，所述单元A的宽度和长度分别为WA和DA，单元B的宽度和长度分别为WB和DB，单元C的宽度和长度分别为WC和DC，单元D的宽度和长度分别为WD和DD。
2.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：所述金属-介质-金属波导结构中的金属与所述波导内的金属膜-布拉格光栅I-布拉格光栅II-金属膜中的金属相同，均为银。
3.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：所述波导内的金属膜为两块，分别位于布拉格光栅I的左侧和布拉格光栅II的右侧波导内，金属膜厚度为Dm＝16nm。
4.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：所述布拉格光栅内填充不同折射率的介质，所述介质的折射率为n。
5.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：所述布拉格光栅I周期数N1＝3；所述布拉格光栅II周期数N2＝3。
6.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：所述金属-介质-金属波导的波导宽度W＝60nm，所述单元A的宽度和长度分别为WA＝60nm和DA＝120nm，单元B的宽度和长度分别为WB＝460nm和DB＝60nm，单元C的宽度和长度分别为WC＝2060nm和DC＝60nm，单元D的宽度和长度分别为WD＝60nm和DD＝240nm。
7.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光由左侧入射即正入射时，入射光波长为1126nm。
8.根据权利要求1所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：当布拉格光栅中填充折射率n＝1的介质时，TM偏振光由右侧入射即反入射时，入射光波长为1674nm。
9.根据权利要求7所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：TM偏振光正入射时，布拉格光栅中介质的折射率n为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0。
10.根据权利要求8所述的一种双波段可调谐吸收器，其特征在于：TM偏振光反入射时，布拉格光栅中介质的折射率n为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822017859.XU CN209417339U (zh) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | 一种双波段可调谐吸收器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822017859.XU CN209417339U (zh) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | 一种双波段可调谐吸收器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209417339U true CN209417339U (zh) | 2019-09-20 |
Family
ID=67936576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201822017859.XU Active CN209417339U (zh) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | 一种双波段可调谐吸收器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209417339U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110890612A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-03-17 | 桂林电子科技大学 | 一种内嵌扇形金属谐振腔mim可调谐等离子体滤波器 |
| CN111624705A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-04 | 南京邮电大学 | 一种宽禁带啁啾混合等离激元波导布拉格光栅 |
-
2018
- 2018-12-03 CN CN201822017859.XU patent/CN209417339U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110890612A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-03-17 | 桂林电子科技大学 | 一种内嵌扇形金属谐振腔mim可调谐等离子体滤波器 |
| CN111624705A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-04 | 南京邮电大学 | 一种宽禁带啁啾混合等离激元波导布拉格光栅 |
| CN111624705B (zh) * | 2020-05-26 | 2023-06-02 | 南京邮电大学 | 一种宽禁带啁啾混合等离激元波导布拉格光栅 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Javani et al. | Real and imaginary properties of epsilon-near-zero materials | |
| Khurgin | Replacing noble metals with alternative materials in plasmonics and metamaterials: how good an idea? | |
| Verslegers et al. | Temporal coupled-mode theory for resonant apertures | |
| CN105576384B (zh) | 一种多通道可调谐Tamm等离子体完美吸收器 | |
| Dong et al. | One-way Tamm plasmon polaritons at the interface between magnetophotonic crystals and conducting metal oxides | |
| US8208191B2 (en) | Ultra-wide band slow light structure using plasmonic graded grating structures | |
| CN108519352A (zh) | 一种基于金属-介质-金属波导布拉格光栅的折射率传感器 | |
| Vafapour | Large group delay in a microwave metamaterial analog of electromagnetically induced reflectance | |
| Mo et al. | Enhanced broadband absorption in gold by plasmonic tapered coaxial holes | |
| CN209417339U (zh) | 一种双波段可调谐吸收器 | |
| Li et al. | Multispectral perfect absorbers using plasmonically induced interference | |
| Liu et al. | Realization of perfect selective absorber based on multipole modes in all-dielectric moth-eye structure | |
| Vasile et al. | Modelling the 2D plasmonic structures with active chalcogenide glass layer | |
| CN204790050U (zh) | 内嵌矩形腔镜像对称楔形金属狭缝阵列的等离激元滤波器 | |
| Kanyang et al. | Rainbow trapping and releasing in InSb graded subwavelength grooves by thermal tuning at the terahertz range | |
| Valagiannopoulos et al. | Increasing the electromagnetic attenuation below a quasi-matched surface with use of passive hyperbolic metamaterials | |
| Zhu et al. | Novel SPP nanolaser with two modes of electromagnetic for optoelectronic integration device | |
| Guo | Revealing the truth about “trapped rainbow” storage of terahertz waves in plasmonic grating | |
| CN110119007B (zh) | 光隔离器 | |
| Chamoli et al. | Switchable Gratings for Ultracompact and Ultrahigh Modulation Depth Plasmonic Switches | |
| CN111880260A (zh) | 一种长传输距离Tamm等离激元脊形波导 | |
| Verlhac et al. | Towards perfect metallic behavior in optical resonant nanostructures | |
| Ghobadi et al. | Epsilon-near-zero plasmonics | |
| Li et al. | Femtosecond pulse with THz repetition frequency based on the coupling between quantum emitters and a plasmonic resonator | |
| Golenitskii et al. | Tamm-Langmuir surface waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |