[实用新型]一种混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器

说明书

本实用新型公开了一种含有导纳匹配结构的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器，所述的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器包括金属Ag层、高折射率材料Si层以及Ag层和Si层中间填充的低折射率介质层。本实用新型的一种含有导纳匹配结构的混合等离激元波导布拉格光栅匹配滤波器，结构简单，能够实现在禁带1550nm附近宽波段范围内TM模式的截至和TE模式的透射，且可以实现低频通带、高频通带及禁带频段的透射谱优化。

技术领域

本实用新型属于用于光通信、集成光学等领域的人工微结构材料，尤其涉及一种含有导纳匹配结构的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器。

背景技术

近年来人们发展了多种纳米光波导结构来满足集成光子器件领域的高集成度要求，如光子晶体波导、等离激元波导等。其中，表面等离激元波导因其突破衍射极限的尺度和光电集成的材料特性被广泛关注。然而金属带来的损耗导致波导模式的传输距离很小，限制了表面等离激元波导及波导型器件的应用。近年来，能有效降低损耗和增大了传输距离的混合等离激元波导结构备受关注。混合等离激元波导(hybrid plasmonicwaveguides,HPWs)的关键点就是在金属和高折射率介质间引入了低折射率间隙，使得波导结构能够在介质波导的低损耗和表面等离激元波导的模式约束能力之间获得较好的折中。由此各种基于HPWs的集成光子器件被设计出来，例如表面等离激元纳米透镜、高效的光学调制器、偏振光束器等等。

其中，作为波长依赖的光子器件布拉格光栅，结合HPWs结构以杰出的滤波特性和低损耗特性吸引了很多学者的研究。Jiansheng Liu等人设计了一种基于 HPWs的纳米结构光栅(Xiao J,Liu J,Zheng Z,et al.Design and analysis of a nanostructuregrating based on a hybrid plasmonic slot waveguide[J].Journal of Optics,2011,13(10):105001.)，它可以用作TM模式的宽带滤波器。Daoxin Dai 等人也利用HPWs设计了一种结构简单、性能优良的超宽带宽带TM通偏振器 (Guan X,Xu P,Shi Y,et al.Ultra-compact Broadband TM-pass Polarizer Using a Silicon Hybrid PlasmonicWaveguide Grating[C]//Asia Communications and Photonics Conference.2013.)。值得注意的是，当频率处于通带位置时光栅结构的透射谱的总是存在明显的震荡，这对一些灵敏度不高的探测器来说是不适宜的。所以研究如何在减少透射谱振荡和提高透过率的同时保持滤波的良好特性是非常有意义的。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种含有导纳匹配结构的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器，其结构简单，能实现在中心波长1550nm 附近宽波段的TM模式的滤波作用，且能根据需要对低频通带、高频通带及禁带的透射谱进行调节优化。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种含有导纳匹配结构的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器，所述的混合等离激元波导布拉格光栅偏振滤波器包括金属Ag层、高折射率材料Si层以及Ag层和Si层中间填充的低折射率介质层。

进一步的，金属Ag层厚度为100nm，高折射率材料Si层厚度为230nm，低折射率介质层厚度为50nm。

进一步的，低折射率层包括两端的导纳匹配区和中间的布拉格结构区。

进一步的，布拉格结构区由两种低折射率材料交替排列呈周期性结构，所述导纳匹配区采用一种低折射率材料，所述低折射率材料为TiO₂和SiO。