基于耦合方環(huán)共振空腔的可控Fano共振研究.pdf

1、表面等離子激元學(xué)是一門(mén)基于表面等離子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)的新興科學(xué)。SPPs是一種由金屬表面的集群振蕩自由電子與外界光子相互耦合激發(fā)，能夠強(qiáng)烈束縛在介質(zhì)-金屬表面?zhèn)鞑サ谋砻骐姶挪ɑ旌夏Ｊ?。SPPs能夠克服衍射極限的限制從而使系統(tǒng)更易于集成，結(jié)合目前同樣發(fā)展迅速的納米技術(shù)，基于SPPs設(shè)計(jì)的表面等離子激元波導(dǎo)特別適合應(yīng)用于集成光學(xué)回路中納米光子器件的設(shè)計(jì)與制備。
　　基于MIM(Me

2、tal-Insulator-Metal,MIM)型表面等離子激元波導(dǎo)，本文提出一種新型的耦合方環(huán)共振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并針對(duì)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分改進(jìn)，提出了耦合裂口方環(huán)共振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和耦合方環(huán)共振空腔與耦合橫腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。利用基于有限元分析法的COMSOL仿真軟件針對(duì)上述三種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真計(jì)算，基于仿真計(jì)算的結(jié)果，對(duì)其模場(chǎng)分布、Fano共振及電磁傳輸特性進(jìn)行了細(xì)致的探究?？芍厚詈戏江h(huán)共振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生單重Fano共振，其透射譜可通

3、過(guò)改變共振空腔高度H實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。敏感度與品質(zhì)因數(shù)最高分別可達(dá)1180nm/RIU(單位折射率，Refractive Index Unit，RIU)與41.99?10，作為衡量納米光學(xué)開(kāi)關(guān)性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，其消光比最高可達(dá)40.85dB，因此該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為納米光學(xué)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了可行性。耦合裂口方環(huán)共振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)通過(guò)裂口位置的不同，分別能夠產(chǎn)生Fano共振-洛倫茲共振及雙重Fano共振，其透射譜可通過(guò)改變共振空腔長(zhǎng)度L和裂口大小W實(shí)

4、現(xiàn)調(diào)節(jié)。敏感度與品質(zhì)因數(shù)最高分別可達(dá)1700nm/RIU與51.31?10，已經(jīng)優(yōu)于許多已研究過(guò)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。鑒于此，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在納米生物傳感器設(shè)計(jì)方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。耦合方環(huán)共振空腔與耦合橫腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生雙重Fano共振(左側(cè)Fano共振與右側(cè)Fano共振)，并且透射譜中左側(cè)Fano共振只由方環(huán)共振空腔與波導(dǎo)相互作用產(chǎn)生，右側(cè)Fano共振只由耦合橫腔與波導(dǎo)相互作用產(chǎn)生。因此該雙重Fano共振分別只對(duì)方環(huán)共振空腔結(jié)構(gòu)參數(shù)及耦合