[发明专利]一种基于口径耦合的横向非对称半圆腔MIM结构滤波器

说明书

一种基于口径耦合的横向非对称半圆腔MIM结构滤波器，包括金属膜和空气层，在金属膜上刻蚀有波导管，在该波导管两侧非对称刻蚀半圆腔，该半圆腔通过通道和波导管贯通，在波导管、半圆腔和通道中填充空气形成空气层。本发明首次提出一种基于口径耦合的横向非对称半圆腔MIM结构滤波器。在同等半径下，半圆腔结构相比于圆盘或圆环结构可以减小一半的结构尺寸。而结构尺寸的减小则可以大大提高微纳集成光学器件在集成光电路中的集成密度。其次，采用基于口径耦合的横向非对称分布半圆腔结构可提高此滤波器的耦合效率并拓展其带宽。最后还具有结构紧凑、尺寸小，器件易制备等特点。

技术领域

本发明涉及微纳集成光学器件技术领域，具体是指利用口径耦合的方法构造的一种表面等离激元横向非对称半圆腔MIM(Metal-Insulator-Metal，金属-介质-金属)结构滤波器。

背景技术

表面等离激元波（SPPs，Surface Plasmon polaritons）是一种沿着金属介质表面传播的电磁表面波，在垂直于界面方向以指数形式衰减。SPPs具有良好的局域特性，并能突破传统光学中的衍射极限，从而实现亚波长光学器件的集成。

SPPs的多层系统中有两种最典型的三层结构是IMI和MIM。相比于IMI 结构，MIM结构拥有更小的模式尺寸，可以将传播长度限制在微米量级（如Journal of Physics DApplied Physics, 2010, 43(38):385102-385109(8).）。因此，MIM型结构的SPPs传输可用于光学器件构造中，这有助于实现超密集的集成光电路。

目前，基于MIM结构SPPs的光学功能器件已经在理论和实验研究方面取得了突破，其中滤波器技术在微纳集成光学器件发展中至关重要。基于MIM结构SPPs滤波器常见的耦合方式主要有直接耦合、边界耦合、口径耦合三种。直接耦合对应的滤波器一般为带通滤波器（如Optics Express, 2009, 17(26):24096-101，Optics Express, 2011, 19(4):3513-8. 和Plasmonics, 2015, 10(1):139-144.）；边界耦合对应的滤波器一般为带阻滤波器（如Journal of Modern Optics, 2015, 62(17):1400-1404，Plasmonics, 2013, 8(2):267-275.和Optics Express, 2006, 14(7):2932-7.），且这两种耦合方式构成的滤波器其带宽相对较窄。除此之外，SPPs波在金属中的趋肤深度在20nm左右，这两种耦合方式在耦合间距小于20nm时才能获得有效的耦合，因此，这两种耦合方式在耦合效率和器件制备上有不小的挑战。口径耦合构造的滤波器相对另外两种耦合方式来说可以提高耦合效率，并且通过改变耦合口径的宽度和高度可以调节耦合强度（如Optics Express, 2009, 17(15):12678-84. ，Optics Communications, 2013, 294(5):368-371. 和Optics Express,2011, 19(4):3251-7.）。

发明内容

本发明提供一种基于口径耦合的横向非对称半圆腔MIM结构滤波器，可以提高微纳集成光学器件在集成光电路中的集成密度，同时提高此滤波器的耦合效率并拓展其带宽。

为此，本发明所采用的技术方案为：

一种基于口径耦合的横向非对称半圆腔MIM结构滤波器，包括金属膜和空气层，在金属膜上刻蚀有波导管，在该波导管两侧非对称刻蚀半圆腔，该半圆腔通过通道和波导管贯通，在波导管、半圆腔和通道中填充空气形成空气层。

所述半圆腔的半径r为50nm～100nm，通道口径A为35nm～50nm，半圆腔中心之间的距离为D为150nm～250nm。