[发明专利]一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法

说明书

本发明揭示了一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法，该方法包括以下步骤：S1：构建混合等离激元波导结构；选择两种低折射率材料，通过调整混合等离激元波导的结构参数使混合等离激元模式被激发并局限在低折射率层内；S2：计算有效折射率；以入射光垂直入射进布拉格光栅为入射方向条件，根据确定的光波频带和结构参数获得波导的有效折射率；S3：构建布拉格光栅结构；S4：布拉格光栅串联；将两组不同周期结构的混合等离激元波导布拉格光栅串联相接；S5：导纳匹配。本发明采用了可调节双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法，特别适用于实现对指定波长激光的精准选择以及实现动态宽波段的模式选频。

技术领域

本发明涉及一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法，可用于光通信、集成光学等技术领域。

背景技术

在近现代的通信领域的发展中，器件集成度的提高一直是人们在光子期间研究中的一个重要追求，光子晶体波导、表面等离激元波导为代表的多种纳米光波导结构被提出和发展。其中，表面等离激元波导突破了传统光学研究中衍射极限的约束，但是由于欧姆损耗的存在，该波导不能用于长距离传输。为了能够在损耗与约束之间进行折中平衡，混合表面等离激元波导被提出，通过在金属和高折射率介质间引入低折射率间隙，这种波导结构能够在降低损耗的同时保证较好的场约束能力。正是基于这个原因，各种基于混合等离激元波导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。而混合表面等离激元波导与布拉格光栅的耦合，能够更为理想地对某波长的波进行选择。王泉等人研究的杂化表面等离激元多层布拉格光栅结构(王泉，肖经，韦启钦，刘平.基于杂化表面等离激元的多层波导布拉格光栅[J].光学学报，2018，38(01)：48-53.)能够在周期数为60时对特定光波产生滤波作用，该结构不仅可以降低金属表面对光场限制所形成的损耗，而且表现出了较强的模场限制能力，但是值得注意的是，一个具有高集成度、高利用率特点的光器件，往往需要相同的结构可以实现多个功能，所以研究如何在原有的带通滤波器的基础上解决禁带单一性的问题是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种具有双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅的设计方法，包括以下步骤：

S1：构建混合等离激元波导结构；

选择两种低折射率材料A和B，通过调整混合等离激元波导的结构参数使混合等离激元模式被激发并局限在低折射率层内；

S2：计算有效折射率；

以入射光垂直入射进布拉格光栅为入射方向条件，根据确定的光波频带和结构参数获得一维混合等离激元波导的有效折射率；

S3：构建布拉格光栅结构；

根据S2步骤确定的波导结构参数和有效折射率构建布拉格光栅，确定两组不同周期结构的布拉格光栅的结构参数；

S4：布拉格光栅串联；

将两组不同周期结构的混合等离激元波导布拉格光栅串联相接；

S5：导纳匹配；

调节入射端与出射端匹配区的波导长度，改善通带性能。

优选地，所述S1步骤中，所述混合等离激元波导由金属Ag条和高折射率材料Si中间交替填充低折射率材料A和B构成，所述低折射率材料A为SiO₂，所述低折射率材料B为TiO₂。