[發明專利]一種表面等離激元光波導濾波器

有效

• 申請號: 201310662001.8
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103605189B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 黃旭光;朱家胡;陶金
• 申請（專利權）人: 華南師范大學;中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/122
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明涉及光濾波器件，更具體地，涉及一種表面等離激元光波導濾波器。

背景技術

近幾年來電子集成線（回）路(IC)的尺寸按照摩爾定律所預期的速度迅速減少，其單元器件已在實驗室實現了數十納米量級尺度的突破。由于受到電子固有的荷電性、帶寬、熱耗和熱電串擾等物理限制，電子IC的尺寸與集成度幾乎到了其理論極限值因而難以進一步突破。與此相反地，光子集成線路在理論上完全不受這些因素的制約，并具有電子IC無法比擬的極高的帶寬和響應速度、高抗擾性等優異性能。但作為基本組成元素的光波導，光子集成線路單元器件的大小一般在數十至數千波長的尺度范圍，其橫向尺寸至今仍被限制在光波長的量級而不能發揮其潛力。為了突破這一波長極限，大幅度地減少光子集成線路的尺寸，研制集成度更高、功能更強和功耗更低的光子集成線路或平面集成光器件，研究人員相繼提出了高折射率差介質波導（如SOI硅隔離體）和光子晶體等原理和技術。然而，高折射率反差形成的傳統介質波導由于在原理上仍受到光衍射極限的限制，對光波模式的束縛被限制在介質的光波長量級。雖然利用光子晶體缺陷態所形成的波導效應可以實現比傳統介質波導更強的光束縛能力，但這種結構需要至少數周期長度的光子晶體對光場干涉相消才能形成禁帶限制作用，即光子晶體實質上仍然沒能擺脫物理光學的波長極限制約，致使光子晶體器件在其橫向和縱向方向無法達到亞波長或納米量級。由于其并行波導隔離間距均須大于波長以確?；ゲ获詈洗當_，集成度難以大幅提高。所以，這兩類光波導實質上仍沒能擺脫物理光學的波長極限制約。因此，如何設計并制作突破衍射極限的各種高集成度、高效率的光通信器件，如波長選擇及其它光器件等，是實現納米光電和全光集成的成敗關鍵所在，也是目前迅速發展的納米光學領域的一大研究熱點。

解決上述問題的主要途徑是利用表面等離子體的自身特性。表面等離子體激元(Surface?Plasmon?Polaritons,SPPs)是局域在金屬表面的一種自由電子與光子相互作用形成的混合激發態。SPPs金屬波導的突出特點之一就是具有將電磁場能量聚集在納米尺度范圍的能力，在金屬內具有極短（納米級）的穿透深度，打破光學器件波長極限的限制，被認為是最有希望的納米集成光學器件的載體，且表面等離子體激元既具有電子學的尺度又具有光子學的速度，在納米集成光學與器件方面有著極大的應用潛力，金屬結構光波導器件也由此在納米光子器件占有顯著位置。SPPs研究已在納米金屬小孔陣列結構透射增強、納米光學成像、納米光刻和高靈敏生化傳感等其它領域獲得了激動人心的結果，但在光波傳輸、光信息處理尤其是具有可控功能的納米光電子器件等方面的進展十分有限，遠不能滿足研制和開發高功能納米集成光電子器件的應用要求?？梢?，開展有關表面等離子體激元的納米（類）金屬-介質-（類）金屬集成光波導器件研究，特別是納米高效波長選擇，無論是對于深入認識納米（類）金屬-介質微結構的表面等離子體激元激發及其與光子相互作用的規律、促進納米波導光學理論和納米光子學學科的發展，對于突破目前國際上已有的SPPs元器件被動不可調的制約、研制納米新型光濾波器等光通信關鍵功能器件，對于推動納米固定和可調濾波器、波長路由開關等其它波長調制的納米SPPs光電器件的發展，還是對于設計新型納米光波導結構、研制下一代納米平面集成光電子器件，均有促進作用。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷（不足），提供一種尺寸小、易于高密度光集成的表面等離激元光波導濾波器。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種表面等離激元光波導濾波器，包括金屬波導，在金屬波導中設有用于入射和反射光線進出的通道和用于產生諧振波長的共振腔，通道和共振腔內填充有電介質，通道和共振腔之間設有用于阻礙光波進出的金屬間隙。

外部的寬帶入射光波通過耦合器耦合進入本發明的通道，并在通道中的電介質與金屬波導中的金屬交界面形成表面等離子波，等離子波沿著通道傳輸，部分光波透過金屬間隙進入共振腔。在共振腔中，由于金屬波導中金屬的高反射作用，光波在腔內來回反射，符合共振波長的光波在腔內形成駐波，而其余波長的光波透過金屬間隙，重新回到通道，并通過另一個耦合器將光波耦合出去，最終實現了窄帶濾波功能。

在一種優選方案中，所述電介質為空氣。采用空氣作為電介質，獲取方法簡單方便，制作成本低。

在另一種優選方案中，所述金屬波導為銀薄膜。

在另一種優選方案中，所述共振腔為矩形腔。

在另一種優選方案中，通道的波導寬度為30至70nm。