[实用新型]一种具有TM、TE模式双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅

说明书

本实用新型揭示了一种具有TM、TE模式双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，该混合等离激元波导布拉格光栅由两种混合等离激元波导波导交替排列N个周期构成，每种所述混合等离激元波导均包括三层结构，所述第一层结构为高折射率介质材料Si，第二层结构为低折射率介质材料SiO₂，第三层结构为金属Ag，所述第二层结构位于第一层结构与第三层结构之间。该混合等离激元波导布拉格光栅结构简单、设计流程简便，结构集成度高且容易制备，可以在两个指定波段处实现TM和TE模式共同截止或TM模式偏振通过TE模式截止，通过改变两种波导的高折射率介质宽度w1并适当调整光栅周期单元长度和周期数，可以实现对指定波段内的通频带的动态选择。

技术领域

本实用新型涉及一种具有TM、TE模式双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，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器件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。

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模式单一性的问题是非常有意义的。

发明内容

本实用新型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TM、TE模式双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种具有TM、TE模式双禁带的混合等离激元波导布拉格光栅，该混合等离激元波导布拉格光栅由两种混合等离激元波导波导交替排列N个周期构成，每种所述混合等离激元波导均包括三层结构，即第一层结构、第二层结构和第三层结构，所述第一层结构为高折射率介质材料，第二层结构为低折射率介质材料，第三层结构为金属，所述第二层结构位于第一层结构与第三层结构之间。

优选地，所述第一层结构为高折射率介质材料Si，所述第二层结构为低折射率介质材料SiO₂，所述第三层结构为金属Ag。

优选地，该混合等离激元波导布拉格光栅由两种混合等离激元波导波导交替排列构成。

优选地，所述两种混合等离激元波导的高折射率介质层Si宽度w1取不同值，所述第一种波导的高折射率介质层Si宽度为a，所述第二种波导的高折射率介质层Si宽度为b。

优选地，所述第一种波导的高折射率介质层Si宽度a为150nm，所述第二种波导的高折射率介质层Si宽度b为320nm。

优选地，所述混合等离激元波导布拉格光栅的两种波导的高折射率介质层Si宽度交替排列的顺序为bab...ab。

优选地，所述布拉格光栅的周期为Λ＝d₁+d₂，具体的结构参数由下式确定：