光子学报
2023, 52(10): 1052415
研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。
光学器件 表面等离激元 电磁诱导透明 金属-介质-金属波导 有限元法 光学学报
2022, 42(10): 1023002
吉首大学物理与机电工程学院, 湖南 吉首 416000
采用数值模拟和理论分析的方法探究了内嵌金属棒圆环谐振腔耦合波导系统中的选频特性及传感特性。金属棒位置的调节可使系统的透射光谱呈现周期性变化, 也可为谐振模式的调控提供新的自由度。另外, 系统的灵敏度和品质因数分别达到1 627.5 nm/RIU和37.893 5。研究结果可为高集成度的光开关、传感器、滤波器等器件的研制提供理论基础。
金属-介质 灵敏度 传感 选频 metal-dielectric sensitivity sensing frequency selection
1 南京邮电大学电子与光学工程学院, 微电子学院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学通达学院基础教学部, 江苏 扬州 225127
理论设计对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备极为重要。然而,大多数软件通常局限于正入射情况下的太阳光吸收率的优化,而无法直接对太阳能光热转换效率这一重要指标进行优化。鉴于以上问题,使用传输矩阵方法与遗传优化算法,通过改变金属/介质多层膜基太阳能光热转换薄膜中各层薄膜的厚度,直接对其光热转换效率进行优化设计。重点研究了薄膜层数、太阳光照度与工作环境温度对钨/氧化铝基(W/Al2O3)多层膜的影响。研究结果表明,在聚光比为1和100情况下,该膜系的最优膜层数分别为6与8。该研究结果对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备具有重要的指导意义。
薄膜 金属/介质多层薄膜 传输矩阵方法 遗传算法 太阳能光热转换 太阳光聚光比 光学学报
2020, 40(14): 1431001
兰州大学信息科学与工程学院光电子与电磁信息研究所, 甘肃 兰州 730000
基于表面等离激元提出一种由半圆环谐振空腔、挡板及直波导构成的金属-介质-金属波导结构。当入射光波进入该波导结构时,半圆环谐振腔形成两个较窄的离散态与金属挡板形成较宽的连续态发生干涉效应,并形成两个尖锐非对称的共振谱,即两种模式的Fano共振。运用耦合模式理论和有限元分析方法对结构的传输谱特性进行数值仿真分析,研究结构参数和介质折射率参数对传输品质因数和敏感度特性的影响。通过对结构参数进行优化分析,发现可通过改变结构参数对系统的性能进行灵活的调节和优化,并得到两个模式下的品质因数分别为3.05×10 5和4.59×10 5,对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1160 nm/RIU(RIU为折射率单元)。这种灵活的双重Fano共振结构在纳米生物传感器、非线性光学和慢光研究中具有一定的应用价值。
集成光学 金属-介质-金属波导 Fano共振 半圆环共振腔 品质因数 传感器 表面等离激元 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 131301
1 西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州真空设备有限责任公司华宇分公司, 甘肃 兰州 730010
基于边界耦合的方法构造一种基于金属-介质-金属(MIM)纳米谐振腔波导组成的滤波器,该结构由1个拱型谐振腔和1个矩阵波导管组成。通过有限元法(FEM)仿真分析拱型腔波导MIM结构滤波器的传输特性曲线、谐振波长和磁场分布图。研究结果表明该拱型腔滤波器具有平滑的传输曲线、平坦的通带、较宽的带宽,且通带透射率高达0.976,阻带透射率低至0.001,这表示此结构滤波器具有良好的滤波特性。通过对该拱型结构滤波器进行参数优化,可以在光通信波段的三个通信窗口上实现通道选择的滤波功能,该结构滤波器在高密度光集成电路和纳米光学中具有广阔的应用前景。
表面光学 金属-介质-金属(MIM)滤波器 有限元方法 拱型谐振腔 边界耦合 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202417
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100 nm、两圆间距为200 nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000 nm,工作范围可增大到2500 nm。
集成光学 表面等离激元 金属-介质-金属 有限时域差分方法 圆形谐振腔 阻带宽度
兰州大学 信息科学与工程学院 光电子与电磁信息研究所, 兰州 730000
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.
表面等离子激元 金属-介质-金属结构滤波器 有限元法 凸环谐振腔 MIM波导 边界耦合 传输透射谱 Surface plasmon Metal-insulator-metal structure filter Finite elemenet method Convex ring resonator MIM waveguide Boundary-coupled Transmission spectrum
