基于表面等离子体激元多腔侧耦合可调微流控结构滤波器的研究

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随着电子技术四次革命的飞跃发展,人类对科技的发展日益形成优化性思维,对现代的电子产品有着更高的要求。高度集成化,功能强大化,节能环保化等等是现代通信技术发展所追求的主要目标。从现在的纳米光学器件发展情况看来,它有着电子器件无法比拟的高速度,高宽带和低损耗等优点。纳米微流控光学器件是一个新兴的研究方向,正因为它具备着上述优点,吸引了很多研究者的关注,成为新的研究热点。对于一般的电介质波导而言,都存在着对光衍射极限的限制,很难实现微型化和高度集成化。随着研究的深入,新的一种可以克服衍射极限的限制的方法——表面等离子体波被提出。表面等离子体波是一种束缚在金属和电介质波导界面上并沿着界面传播的特殊电磁波场。它具有独特的局域场增强效应,在金属和介质界面的穿透深度非常小(例如银-空气界面,它在银中的穿透深度大约为26nm),但是具有更大的相速度,更短的波长,更高的动量和更高的波阻抗。由于表面等离子体波具备以上特点,特别是能突破衍射极限这一优点,使得其在光学器件集成化和微型化方面引起了广泛关注和研究。一些新的纳米结构器件也随之出现,如:光开关,马赫增德干涉仪,定向耦合器,分束器,布拉格反射器,波分复用器,滤波器等等。然而,这些器件主要依靠通过改变结构几何参数或材料性质参数来实现一定的工作性能,这使得这些器件在制作完成之后就局限了它的调控范围和调控性能,难以达到集成化和智能化。如何让光器件的性能得到优化,智能化,这仍然是一个很大的挑战。人们已经提出了很多方法试图实现纳米尺寸对光的控制,如在SPPs(Surface plasmon polaritons)波导中利用光电效应,热光效应,超快光激励等,但是这些方法各有缺陷。本文提出了一个非常有效的方法来提高光器件的集成化和智能化,即在光器件上使用集成微流控系统。微流控系统可以改变注入谐振器腔内液体的体积或改变注入液体的种类,从而改变整体腔的有效折射率,实现输出波长的智能调控。它不仅在滤波效果上得到了提高,而且在可控范围和功能上都得到提高。  本文研究的成果主要有:  (1)增加腔的数目,使滤波性能得到优化:(a)随着腔的数目的增加,滤波的截止效果变得更好;(b)在微纳范围内,可以在两个通信波长(1310nm-1550nm)内进行调控。  (2)多模选择性滤波:(a)可以通过选择在不同腔注入不同体积的液体,从而选择性地滤掉多个波段(这里可以称为多模滤波);(b)可以通过注入不同折射率的液体或者不同体积的液体,从而选择性调控所滤掉的波长。
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