表面等離激元濾波器的研究進展

摘 要 表面等離激元濾波器是集成光學中一種非常重要的器件，能用來制造光開關，多路復用結構等多種設備。文章簡要介紹表面等離激元濾波器的研究背景，總結報道了表面等離激元濾波器國內外的研究現狀及其最新進展，指出表面等離激元濾波器在集成光學領域將會有非常重要的應用潛力。

關鍵詞 表面等離激元；濾波器；布拉格光柵

中圖分類號：O436.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0076-01

表面等離激元（SPPs）是在金屬表面局域的一種自由電子和光子相互作用形成的電磁模[1]，SPPs能夠突破衍射極限的性質使它在高集成光子回路和設備領域具有很好的應用前景。最近，基于SPPs的器件，例如U形波導[2]，劈裂機[3]，馬赫干涉儀[4]被數值模擬或實驗證實。濾波器是集成光路中一類非常重要的設備，近幾年，基于MDM波導的SPPs濾波器被廣泛研究。

本文將首先介紹SPPs濾波器研究背景，在此基礎上介紹SPPs濾波器國內外研究進展。

1 表面等離激元濾波器的研究背景

1947年12月，杰克·基爾比制作出世界上第一塊集成電路，在此后的幾十年間，集成電路的尺寸以摩爾速度迅速減小。進入21世紀后，信息的需求量成爆炸式的增長，這要求能制造出集成度更高的器件，然而當集成電路的尺寸縮小到一定尺寸時就會面臨一系列問題，例如當器件的尺寸小到一定的程度，器件的熱噪聲，RC延遲等達到極限，導致器件不可靠。光子器件相比電子器件具有更高速度、更大帶寬的優勢，SPPs能突破衍射極限，把光局域在亞波長尺寸，因此，基于SPPs的波導器件能很好的滿足光學集成的需要。

2 表面等離激元濾波器的研究進展

SPPs濾波器是集成光路中的一類非常重要的器件，國內外很多研究小組提出了各種SPPs濾波器結構。最初的濾波器結構設計沒有擺脫光子晶體設計方法的束縛，主要是以布拉格光柵結構為主，最有代表性的是武漢大學的汪國平小組提出的結構[5]，圖1（a）是結構原理圖，波導兩側由窄銀條（黑色部分）和窄鋁條（灰色部分）交替組成，圖1（b）是結構傳輸曲線，可以看到在1.55 um附近出現了很寬的禁帶。

圖1 汪國平小組結構

布拉格類型的SPPs濾波器雖然可以實現濾波，但這些結構的制造相當復雜，并且結構尺寸已經是微米級別，沒有實現真正的亞波長尺寸。

2008年，黃旭光小組提出了一種簡單的SPPs濾波器[6]，結構如圖2（a）所示，灰色部分是金屬銀，白色部分是空氣。該結構利用光的干涉原理實現濾波，透射譜如圖2（b）所示，在800 nm附近SPPs截止。這個結構長寬都僅僅幾百個納米，實現了亞波長尺寸，同時，結構只由一個齒狀和MDM直波導構成，制作起來相當簡單。

圖2 黃旭光小組結構

齒形濾波器的提出為人們設計SPPs濾波器提供了另一種簡單的思路，在此后幾年里，各種簡單的濾波器先后被提出，在線性濾波器方面，側耦合諧振腔[7]，MDM波導嵌入圓形諧振腔[8]等等一些新穎的濾波器被提出。在非線性濾波器方面，電光濾波器[9]，克爾非線性濾波器[10]等等相繼被提出，這使濾波實現從無源向有源發展。

3 結束語

基于簡單光學原理，例如光的干涉，耦合等機理設計的濾波器真正實現了光波導亞波長尺寸，同時結構非常簡單，制造起來相當方便，有利于光學器件的大規模集成，這些器件在集成光學中將會有非常重要的應用潛力。

參考文獻

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作者簡介

張釗，男，華南師范大學光學專業研究生，研究方向：表面等離激元波導。endprint