一种具有谐振腔波导的光谱调控器件制造技术

本发明专利技术提出了一种具有六边形谐振腔的表面等离子体激元光谱调控器件，分析了该结构的多通道带通滤波特性，进而在腔内引入单/双矩形波导调控谐振腔的共振模式，通过明暗模式干涉效应，实现多个Fano共振现象，并通过改变耦合距离或局部调整矩形波导的宽度、个数、位置等参数，可对Fano共振进行有效地调谐，实现多个非对称线型的Fano共振峰。该亚波长结构可广泛用于光传感与光检测等领域，为纳米集成光子学的发展提供有力支撑。

A spectral control device with resonant cavity waveguide

The invention proposes a surface plasmon polaritons spectral control device with a hexagonal resonator, analyzes the multi-channel band pass filter characteristics of the structure, and then introduces a single / double rectangular waveguide in the cavity to regulate the resonance mode of the resonant cavity. Through the interference effect of the shading mode, multiple Fano resonance phenomena are realized, and the change of the resonance is achieved by changing the interference effect of the dark and dark modes. The coupling distance or local adjustment of the width, number and position of the rectangular waveguide can effectively tune the Fano resonance to achieve the Fano resonance peaks of multiple asymmetric lines. The subwavelength structure can be widely used in optical sensing and optical detection, providing strong support for the development of integrated photonics.

【技术实现步骤摘要】
一种具有谐振腔波导的光谱调控器件
：本专利技术属于光学器件领域，更具体的属于一种具有谐振腔波导的光谱调控器件。
技术介绍
：表面等离子体激元是由自由电子和光子相互作用形成的金属表面的局部混合状态。在这种相互作用中，自由电子在与谐振频率相同的光波下振荡，并且表面电荷振荡与光波的电磁场之间的相互作用构成具有独特性质的表面等离子体激元。由于光的衍射约束，目前大多数传统的光子器件仍然是分立器件，而超大规模集成电路技术已经成熟，因此光电回路的融合还需构建一座有效的桥梁。表面等离子体激元的出现为亚波长全光回路的实现提供了契机，从而引起了广泛的关注，被认为是最有希望实现高度集成光电路的方法之一。近年来，各种基于表面等离子体激元的金属-绝缘体-金属波导结构已经在理论上和实验上得到了验证,各种功能的光子学元件和微纳集成光子学器件已经实现,例如,分路器(splitter)、耦合器(couplers)、马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnderinterferometers)、Y-形合成器(Y-shapedcombiners)和光谱调控器件(filter)等。其中，金属-介质-金属结构光谱调控器件在集成光子学器件与全光信号处理领域中扮演着重要的角色，因此引起了广泛关注，近年来有了很大的发展。金属-介质-金属波导光谱调控器件，根据其设计原理可大致分为两大类别：第一类是基于相位相干的光谱调控器件，如齿形波导光谱调控器件、分叉形波导光谱调控器件。表面等离子体激元通过不同路径传播到同一位置时叠加，它们之间的相位差决定了光谱调控器件的通阻特性；第二类是基于谐振腔的共振特性来实现滤波的光谱调控器件，例如圆环形谐振腔光谱调控器件和矩形谐振腔光谱调控器件、直腔形谐振腔光谱调控器件。当表面等离子体激元波耦合到谐振腔后，只有在谐振腔中形成共振的表面等离子体激元才能够从谐振腔中耦合到出射波导中。
技术实现思路
：基于上述原因，本文提出了一种具有谐振腔波导的光谱调控器件，实现了多波长滤波以及非对称线型的Fano共振。通过改变六边形谐振腔的耦合距离，添加矩形波导，波导的数量，长度，宽度或角度以及矩形波导与波导位置之间的距离，可以实现结构改变模数，可对器件性能进行改进。最后通过时域有限差分法(FDTD)验证该模型的特性，结果证明其可用于全光集成的信息处理领域。该结构具体为：其包括基板1以及设置于基板1内部的第一波导2、第一耦合器、第二波导3、第二耦合器、谐振腔4，其特征在于：谐振腔4内还设置有与第一波导和第二波导垂直的竖直波导5，谐振腔4位于第一波导2与第二波导3之间，竖直波导5位于谐振腔4中间，第一耦合器位于第一波导2与谐振腔4之间，第二耦合器位于第二波导3与谐振腔4之间，第一波导2为靠近基板1左端的第一空腔，该第一空腔为一端开口，另一端封闭，第二波导3为靠近基板右端的第二空腔，该第二空腔一端开口，另一端封闭，该第一空腔和第二空腔沿着基板的长度方向延伸，光从第一波导的一端进入，沿着第一波导的表面传输至另一端后，通过第一耦合器将光耦合至谐振腔内，光在谐振腔的表面进行传输，经过竖直波导后输出到谐振腔的输出端，然后传输至第二波导的另一端，光沿着第二波导的表面进行传输至第二波导的一端。进一步的，基板的材质为银；进一步的，第一波导、第二波导都为矩形，且在同一水平线上；进一步的，第一空腔和第二空腔内部为空气；进一步的，谐振腔的横截面为等六边形结构；进一步的，竖直波导为矩形结构。该专利技术所能达到的技术效果是：利用时域有限差分法分析了该结构的多通道带通滤波特性，进而在腔内引入单/双矩形波导调控谐振腔的共振模式，通过明暗模式干涉效应，实现多个Fano共振现象，通过改变耦合距离或局部调整矩形波导的宽度、个数、位置等参数，可对Fano共振进行有效地调谐，实现多个非对称线型的Fano共振峰。该亚波长结构可广泛用于光传感与光检测等领域，为纳米集成光子学的发展提供有力支撑。附图说明：图1：六边形谐振腔光谱调控器件结构示意图。图2：六边形谐振腔内具有一个竖直矩形波导的光谱调控器件结构示意图。图3：六边形谐振腔内具有两个竖直矩形波导的光谱调控器件结构示意图。图4：六边形谐振腔内具有两个水平矩形波导的光谱调控器件结构示意图。具体实施方式：图1为本专利技术基于六边形谐振腔的波导光谱调控器件的结构示意图，其包括基板1以及设置于基板1内部的第一波导2、第一耦合器、第二波导3、第二耦合器、谐振腔4，其特征在于：谐振腔4位于第一波导2与第二波导3之间，第一耦合器位于第一波导2与谐振腔4之间，第二耦合器位于第二波导3与谐振腔4之间，第一波导2为靠近基板1左端的第一空腔，该第一空腔为一端开口，另一端封闭，第二波导3为靠近基板右端的第二空腔，该第二空腔一端开口，另一端封闭，该第一空腔和第二空腔沿着基板的长度方向延伸，光从第一波导的一端进入，沿着第一波导的表面传输至另一端后，通过第一耦合器将光耦合至谐振腔内，光在谐振腔的表面进行传输，经过竖直波导后输出到谐振腔的输出端，然后传输至第二波导的另一端，光沿着第二波导的表面进行传输至第二波导的一端。其中，谐振腔4为等六边形形状，第一波导2、第二波导3宽度为a，并且在接下来的讨论中固定其大小不变。在图1中，p为第一波导2或第二波导3与谐振腔2之间的距离，谐振腔内没有竖直波导结构，已有的研究证明其只会影响透射率，而不改变透射峰的位置,因此在接下来的讨论中固定其大小为30nm。根据Fabry-erot(FP)共振条件，腔内的SPP共振模的相位应满足以下条件：nkL＝2πm；得其中k：波矢，λ：入射光波长，m：共振模式，n：折射率，L：有效共振腔长。并且色散与时延满足如下关系式：τYλY＝λ2dθ/2πcdλdρ＝dτ/d按照以上公式可知，其谐振波长应满足1：1/2:1/3……的比例关系，该结构不便于调谐，因此提出图2的模型，以对共振模式进行调控，实现不同的滤波性能。因此，若想获得不同模式的波长，可以通过调控折射率或是调控有效共振腔长，即在图1的基础上在谐振腔4内设置竖直波导5的结构，如图2所示，初始设置耦合距离p＝30nm，等边六边形谐振腔4边长q＝250nm，第一波导2、第二波导3的宽a＝30nm，并且在下面的讨论中，保持q和a的大小不变，当在六边形谐振腔4里添加一个竖直波导5，X＝30nm，Y＝300nm，通过与完美六边形结构相比，在添加竖直波导5后可得到截然不同的结果，波长透射峰的中心波长从原来的880nm可平移到1460nm，使能通过谐振腔4的光波波长发生平移。该通带性能基本保持不变，如峰值透射率由原来的0.9变为0.75，半峰全宽(FWHM)则保持为210nm。此外，在610nm波长处出现了新的透射峰，透射率与FWHM分别为0.88和50nm。并且添加竖直波导5、波长为1460nm时光波将从输入波导，经六边形谐振腔4，最后通过第二波导3，耦合后950nm附近光波场强接近于0cd，通过结果表明该结构具备双通道滤波功功能。接着，研究竖直波导5参数对透射谱的调控。首先固定X＝30nm，设定Y分别为260，280，320nm。当固定波导X＝30nm，Y＝260，280，320nm时，一阶共振膜透射波峰中心波长值分别为1310nm，1400nm，1520nm，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有谐振腔波导的光谱调控器件，其包括基板以及设置于基板内部的第一波导、第一耦合器、第二波导、第二耦合器、谐振腔，其特征在于：谐振腔内还设置有与第一波导和第二波导垂直的竖直波导，谐振腔位于第一波导与第二波导之间，竖直波导位于谐振腔中间，第一耦合器位于第一波导与谐振腔之间，第二耦合器位于第二波导与谐振腔之间，第一波导为靠近基板左端的第一空腔，该第一空腔为一端开口，另一端封闭，第二波导为靠近基板右端的第二空腔，该第二空腔一端开口，另一端封闭，该第一空腔和第二空腔沿着基板的长度方向延伸，光从第一波导的一端进入，沿着第一波导的表面传输至另一端后，通过第一耦合器将光耦合至谐振腔内，光在谐振腔的表面进行传输，经过竖直波导后输出到谐振腔的输出端，然后传输至第二波导的另一端，光沿着第二波导的表面进行传输至第二波导的一端。

【技术特征摘要】
1.一种具有谐振腔波导的光谱调控器件，其包括基板以及设置于基板内部的第一波导、第一耦合器、第二波导、第二耦合器、谐振腔，其特征在于：谐振腔内还设置有与第一波导和第二波导垂直的竖直波导，谐振腔位于第一波导与第二波导之间，竖直波导位于谐振腔中间，第一耦合器位于第一波导与谐振腔之间，第二耦合器位于第二波导与谐振腔之间，第一波导为靠近基板左端的第一空腔，该第一空腔为一端开口，另一端封闭，第二波导为靠近基板右端的第二空腔，该第二空腔一端开口，另一端封闭，该第一空腔和第二空腔沿着基板的长度方向延伸，光从第一波导的一端进入，沿着第一波导的表面传输至另一端后，通过第一耦合器将光耦合至谐振腔内，光在谐振腔的表面进行传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：温坤华，赖文辉，林继衍，郭子聪，胡钦洋，方翼鸿，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44