表面等離子體共振型光子晶體光纖偏振濾波器性能優化設計方法

賈平崗，左方俊，劉 磊，安國文

(中北大學 儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，太原 030051)

表面等離子共振(surface plasmon resonance，SPR)是在入射光的激勵下，導電電子在正負介電常數材料界面處的共振振蕩現象[1-2]。SPR是一種物理光學現象。當一束單色偏振平面波以一定的角度入射到玻璃表面被涂覆的金屬層或金屬絲填充的位置時，當波矢和等離子體振蕩頻率相匹配時，光能量即可耦合至金屬表面而引起表面等離子共振現象。表面電荷振蕩與光電磁場的相互作用使表面等離子體激元(surface plasmon polariton，SPP)具有許多獨特而有意義的性質[3-4]。其中，基于SPR效應的光子晶體光纖偏振濾波器也是一個非常重要的分支。

自從Jorgenson and Yee在1993年提出以光子晶體光纖(photonic crystal fiber, PCF)為載體激發表面等離激元模式開始，許多基于SPR效應的光纖功能性器件開始出現。而基于SPR效應的PCF偏振濾波器更是一直被國內外學者所關注。2008年，Lee等[5]研究了SPR的耦合特性，并觀察到了強烈的高偏振特性和依賴于波長的透射光譜。2011年Nagasaki等[6]通過在PCF包層空氣孔中填充金屬絲觀察到了PCF光譜依賴于SPR效應的偏振特性。然而，為了獲得更好的消光比，他們在光纖包層中填充了三根金屬絲。2016年，Liu等[7]提出了一種可調諧光纖偏振濾波器，方法是在一些直徑不等的氣孔之間填充金絲。Yogalakshmi等[8]設計了一種雙包層光子晶體光纖，它在大氣孔和小氣孔之間引入了一根金絲。通過比較相關文獻，筆者發現許多研究工作通過專注于改變光子晶體光纖結構去試圖獲得相對良好的消光比，這些PCF結構設計得非常復雜[5, 9-10]。……