[發(fā)明專利]一種具有雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810442237.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108663749B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許吉;張雨;高旭;王云帆;陳奕霖;陸昕怡;劉寧;陸云清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/124
• 分類號(hào): G02B6/124;G02B6/122
• 代理公司: 32102 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 范丹丹

本發(fā)明揭示了一種具有雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟：S1：構(gòu)建混合等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；選擇兩種低折射率材料，通過(guò)調(diào)整混合等離激元波導(dǎo)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)；S2：計(jì)算有效折射率；以入射光垂直入射進(jìn)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)獲得波導(dǎo)的有效折射率；S3：構(gòu)建布拉格光柵結(jié)構(gòu)；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(dǎo)布拉格光柵串聯(lián)相接；S5：導(dǎo)納匹配。本發(fā)明采用了可調(diào)節(jié)雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法，特別適用于實(shí)現(xiàn)對(duì)指定波長(zhǎng)激光的精準(zhǔn)選擇以及實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)寬波段的模式選頻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法，可用于光通信、集成光學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在近現(xiàn)代的通信領(lǐng)域的發(fā)展中，器件集成度的提高一直是人們?cè)诠庾悠陂g研究中的一個(gè)重要追求，光子晶體波導(dǎo)、表面等離激元波導(dǎo)為代表的多種納米光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被提出和發(fā)展。其中，表面等離激元波導(dǎo)突破了傳統(tǒng)光學(xué)研究中衍射極限的約束，但是由于歐姆損耗的存在，該波導(dǎo)不能用于長(zhǎng)距離傳輸。為了能夠在損耗與約束之間進(jìn)行折中平衡，混合表面等離激元波導(dǎo)被提出，通過(guò)在金屬和高折射率介質(zhì)間引入低折射率間隙，這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠在降低損耗的同時(shí)保證較好的場(chǎng)約束能力。正是基于這個(gè)原因，各種基于混合等離激元波導(dǎo)的集成光子器件被設(shè)計(jì)出來(lái)，例如表面等離激元納米透鏡、高效的光學(xué)調(diào)制器、偏振光束器等等。

其中，作為波長(zhǎng)依賴的光子器件布拉格光柵，結(jié)合HPWs結(jié)構(gòu)以杰出的濾波特性和低損耗特性吸引了很多學(xué)者的研究。而混合表面等離激元波導(dǎo)與布拉格光柵的耦合，能夠更為理想地對(duì)某波長(zhǎng)的波進(jìn)行選擇。王泉等人研究的雜化表面等離激元多層布拉格光柵結(jié)構(gòu)(王泉，肖經(jīng)，韋啟欽，劉平.基于雜化表面等離激元的多層波導(dǎo)布拉格光柵[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38(01)：48-53.)能夠在周期數(shù)為60時(shí)對(duì)特定光波產(chǎn)生濾波作用，該結(jié)構(gòu)不僅可以降低金屬表面對(duì)光場(chǎng)限制所形成的損耗，而且表現(xiàn)出了較強(qiáng)的模場(chǎng)限制能力，但是值得注意的是，一個(gè)具有高集成度、高利用率特點(diǎn)的光器件，往往需要相同的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，所以研究如何在原有的帶通濾波器的基礎(chǔ)上解決禁帶單一性的問(wèn)題是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提出一種具有雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：一種具有雙禁帶的混合等離激元波導(dǎo)布拉格光柵的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1：構(gòu)建混合等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

選擇兩種低折射率材料A和B，通過(guò)調(diào)整混合等離激元波導(dǎo)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)；

S2：計(jì)算有效折射率；

以入射光垂直入射進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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)；

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(dǎo)布拉格光柵串聯(lián)相接；

S5：導(dǎo)納匹配；

調(diào)節(jié)入射端與出射端匹配區(qū)的波導(dǎo)長(zhǎng)度，改善通帶性能。

優(yōu)選地，所述S1步驟中，所述混合等離激元波導(dǎo)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T(mén)iO₂。