关键词:
亚波长光栅
导模共振
Fano共振
F-P共振
窄带滤波器
摘要:
窄带滤波器作为光学领域里面的重要元器件备受关注。随着微纳加工技术的日益精进,窄带滤波器正逐步实现小型化、集成化和智能化。其中,光栅结构作为一种独特的微纳光学元件,因其规则周期性排列和卓越的光学特性,在微纳集成窄带光滤波器中占据重要地位。然而,在窄带滤波器的实际应用中,透射率和窄带特性常常相互制约,成为实现高性能超窄带滤波的障碍。为了实现良好滤波性能,本研究在传统微纳导模共振光栅的基础上,引入亚波长双周期微纳光栅结构,或者设计上下对称级联结构。本论文主要基于导模共振,Fano共振,F-P共振,严格耦合波法及时域有限元分析法等原理为基础,提出了两种基于亚波长双周期光栅的窄带滤波器设计,并构建了相应的仿真模型,通过优化结构参数,成功提高了滤波器的高透射、超窄带滤波性能。主要的研究成果如下:
(1)设计了一种基于Fano共振的浮雕型亚波长光栅结构。采用严格耦合波法理论计算滤波器结构的相关参数,并借助有限元算法模拟仿真其电磁场分布情况。数值仿真结果表明该结构实现了在1405.2 nm波长处半高宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)约为0.02 nm的高透射光谱。该滤波器结构简单,易于集成,在光信息处理和光通信等领域应用前景广阔,对高品质光学元器件的研制具有重要的参考意义。
(2)探求了一种基于F-P共振的亚波长双周期光栅的超窄带滤波器结构。采用严格耦合波法和时域有限元分析法,对双周期光栅上下对称级联结构的滤波性能进行数值仿真。仿真结果表明,在两级联双周期光栅结构中间添加约2.1 um空气,可实现波长1550 nm处FWHM约为0.001 nm、透射率达到100%的超窄带滤波效果。该级联滤波器结构实现了pm级的半高宽,可有效增强信号的信噪比,为超窄带滤波器的设计提供新思路。