基于法诺(Fano)共振传感特性, 提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构, 目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真, 分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征, 并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数, 最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明, 当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时, 会形成两个Fano模式共振峰: 第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×104, 灵敏度为700nm/RIU; 第二种模式的FOM达8.4×103, 灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测, 同时各个模式品质因数都很高, 这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。

In this paper, a sub-wavelength metal-insulator-metal (MIM) waveguide structure is proposed by using a cross-shape rectangular cavity, of which wings are coupled with two rectangular cavities. Firstly, a cross-shape rectangular cavity is placed between the input and output MIM waveguides. According to the mutual interference between bright and dark modes, three Fano resonant peaks are generated. Secondly, by adding a rectangular cavity on the left wing of the cross shaped one, five asymmetric Fano resonance peaks are obtained. Thirdly, six asymmetric Fano resonance peaks are achieved after adding another cavity on the right wing. Finally, the finite-difference-time-domain (FDTD) method and multimode interference coupled-mode theory (MICMT) are used to simulate and analyze the coupled plasmonic resonant system, respectively. The highest sensitivity of 1 000 nm/RIU is achieved.

通过在金属电介质金属(MIM)波导单侧引入正交的双谐振腔结构, 得到了实现等离激元诱导透明效应的结构模型。采用有限元法计算得到了该结构的透射谱曲线。仿真结果显示, 波导系统的谐振波长随着正交双谐振腔有效谐振长度(Leff)的增加而红移, 且当正交矩形腔为对称的T形结构时, 会出现传输禁带。在此基础上讨论了当正交矩形腔为非对称结构时, 在传输禁带处产生类电磁诱导透明峰的物理条件, 以及该透射峰的变换规律。类电磁诱导效应可改变光的群速度, 从而产生慢光效应。研究结果表明, 含正交矩形腔MIM的波导结构可以得到0.086ps的最大光时延,为光路延时以及光数据存储提供了理论参考。Rectangular Cavity in MIM WaveguideFENG Kaiqiang, GUAN Jianfei

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器, 该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布, 分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明, 所提出的凸环滤波器具有透射峰窄, 谱线平滑等特点, 且阻带透射率最低可达0.001, 通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移, 增大结构参量L1时, 透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化, 相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850 nm)和第三通信窗口(1 550 nm)附近, 能够很好地运用于光通信中.

金属-电介质-金属(MIM)等离子波导系统可以在纳米尺寸上实现光的控制，突破衍射极限，因而受到了越来越多的关注。采用时域有限差分(FDTD)法分析了一种新型MIM波导系统的耦合谐振特性。仿真结果显示，单腔耦合中，波导系统谐振波长随着谐振腔高度、耦合距离的增大而蓝移，随谐振腔宽度的增大而红移；双腔耦合中，类电磁诱导透射峰值随谐振腔间距离增大而降低，该结构透射率最大值可达0.62。类电磁诱导效应可改变光的群速度，理论计算该结构的最大光延迟可达0.14 ps。研究结果表明，含矩形腔MIM波导系统可在纳米尺寸上控制光的传播，为等离子纳米器件集成提供了理论参考。

为了研究MIM结构中腔的物理性质对SPP传播的影响，采用了对波导模式、谐振和反射系数以及相位分析的理论方法，讨论了腔长和厚度对SPP传播的相关参数的影响，仿真了MIM波导中电动势、腔长和反射系数等参数在结构中作用。结果表明，SPP传播产生的电动势能达到相对较大的1V，激发产生的能场会有放大的作用；腔的有效功率变化与腔长变化一致，不同的腔厚度中腔长对SPP传播的结果趋势相同；近场中传播系数存在一个最大值。这一问题的分析与讨论对非线性THz光谱研究、纳米级光电探测、SPP模式的发生器、强局域场都具有一定的意义。

构建了一种金属-绝缘体-金属(MIM)表面等离子体布拉格波导结构，绝缘层为一维布拉格光栅结构。在布拉格光栅结构中引入缺陷，形成布拉格纳米微腔。这种纳米微腔结构可以将光子能量很好地局域在微腔中，且在金属与绝缘层界面上光子能量最强。分析了MIM 波导的色散特性，获得了谐振波长为1550 nm 时微腔的结构参数。同时利用时域有限差分(FDTD)方法讨论了绝缘层布拉格光栅周期数、绝缘层厚度、微腔长度对微腔品质因子Q 和模式体积V 的影响。通过合理的选择这些参数可以提高微腔性能，使其具有极小的模式体积V 和高的Q/V 值，可实现光子局域化。

为了进一步明确MIM (Metal-insulator-metal)波导结构的SPP (Surface plasmon polariton)模式特性, 建立了MIM结构的SPP模式关系、激发系数和反射系数的理论模型。仿真数值计算结果表明: 较大的介质厚度的TM基态模式衰减超过了振荡模式衰减, 与传统的介质波导明显不同; TE模式表现为失真的介质光波导模式特性, 其传播距离要远大于TM0; MIM结构中腔的Q值随着长度增加而增大, 表明了SPP反射受限; 腔的品质因数改变与端面关系密切; MIM波导可以在具有更大Q值下确保光波更好地耦合成需要的SPP模式。

设计了加载MIM波导的Otto结构研究SPPs的传输和衰减特性, 应用球面EM场的解法求解了整个介质区域的本征函数的特征值。对SiO2厚度分别为750 nm和1 500 nm的设计结构进行了仿真, 结果表明: 750 nm改进结构的TM0传播常数达到了1.541, 衰减系数仅仅为2.80; 随着SiO2层介质厚度的减小, 反射系数随之增大, 且不同金属介电常数的谐振方向变化趋势一致; 随着腔厚度的减小, 在反射相位减少的同时其存储能量也随之减少。