[發(fā)明專利]一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法

有效

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• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108663749B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 許吉;張雨;高旭;王云帆;陳奕霖;陸昕怡;劉寧;陸云清
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/122
• 代理公司: 32102 南京蘇科專利代理有限責任公司
• 代理人: 范丹丹

1.一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：構(gòu)建混合等離激元波導結(jié)構(gòu)；

選擇兩種低折射率材料A和B，通過調(diào)整混合等離激元波導的結(jié)構(gòu)參數(shù)使混合等離激元模式被激發(fā)并局限在低折射率層內(nèi)；

所述S1步驟中，所述混合等離激元波導由金屬Ag條和高折射率材料Si中間交替填充低折射率材料A和B構(gòu)成，所述低折射率材料A為SiO₂，所述低折射率材料B為TiO₂；

S2：計算有效折射率；

以入射光垂直入射進布拉格光柵為入射方向條件，根據(jù)確定的光波頻帶和結(jié)構(gòu)參數(shù)獲得一維混合等離激元波導的有效折射率；

S3：構(gòu)建布拉格光柵結(jié)構(gòu)；

根據(jù)S2步驟確定的波導結(jié)構(gòu)參數(shù)和有效折射率構(gòu)建布拉格光柵，確定兩組不同周期結(jié)構(gòu)的布拉格光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

所述布拉格光柵的周期為∧＝d₁+d₂，根據(jù)所需禁帶要求，布拉格光柵的參數(shù)由下式確定：

其中：q是布拉格級數(shù)，通常取1；λ_b為布拉格波長；d₁和d₂分別為A材料和B材料在一個周期內(nèi)的長度；

S4：布拉格光柵串聯(lián)；

將兩組不同周期結(jié)構(gòu)的混合等離激元波導布拉格光柵串聯(lián)相接；

S5：導納匹配；

調(diào)節(jié)入射端與出射端匹配區(qū)的波導長度，改善通帶性能；

所述混合等離激元波導布拉格光柵的導納匹配層的導納由下式計算得出：

其中，正入射情況下相位厚度δ_M＝(2π/λ)n_Md_M是通過匹配層長度d_M和匹配層的有效折射率n_M在波長λ計算的，設定外界的環(huán)境折射率n_sub＝1，通過調(diào)整d_M使得Y_M的數(shù)值趨近于Y_op即導納匹配，繼而實現(xiàn)對TM模式低頻通帶、高頻通帶及禁帶頻段的透射譜優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：所述S2步驟中，填充低折射率材料A時波導的模式有效折射率為n_eff，1，填充低折射率材料B時波導的模式有效折射率為n_eff，2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：所述布拉格光柵的入射端為SiO₂，出射端為TiO₂。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：所述入射端和出射端的波導均為導納匹配波導，所述入射端波導SiO₂的長度為260nm，出射端波導TiO₂的長度為370nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：所述S5步驟中，第一組混合等離激元波導布拉格光柵由兩種波導交替排列形成，第二組混合等離激元波導布拉格光柵由兩種波導交替排列形成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有雙禁帶的混合等離激元波導布拉格光柵的設計方法，其特征在于：所述第一組混合等離激元波導布拉格光柵和第二組混合等離激元波導布拉格光柵的周期數(shù)N為16，所述第一組混合等離激元波導布拉格光柵和第二組混合等離激元波導布拉格光柵的占空比不同。