一種用于傳感的多Fano通道高靈敏度MIM波導

宋美娜，霍義萍，王蘊巖，崔鵬飛，劉彤，趙辰，廖祖雄

（陜西師范大學 物理學與信息技術學院， 西安 710062）

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隨著科技的發展和進步，人們對器件的微型化和集成化的要求越來越高。由于光學衍射極限的存在，傳統光子器件的光學性能受到極大的限制。表面等離極化激元（Surface Plasmon Polaritons， SPPs）是入射光波和金屬相互作用激發的電磁波［1-2］，它沿金屬-絕緣體表面傳播，并在垂直于界面的兩側呈指數衰減［3-4］。SPPs 可以克服傳統的光學衍射極限并將光限制在亞波長尺寸范圍內，因此它在高密度光子集成電路中的傳輸、處理和控制方面具有非常重要的應用［5-6］。

近年來，研究人員已經提出了許多基于SPPs 的微納結構，例如金屬-絕緣體-金屬（Metal-insulatormetal， MIM）波導、納米狹縫、混合布拉格波導、金屬納米粒子波導和等離子體納米團簇等。MIM 波導具有歐姆損耗低、傳播距離長和易于制作等優點，可用于納米傳感器［7-11］、光開關［12-13］、濾波器［14］和解復用器［15］等光學器件，它已成為最有前途的波導結構之一［16］。

1961年，UGO Fano 首次提出了Fano 共振，認為原子系統中寬的連續態和窄的離散態相互干涉導致了Fano 共振的形成［17-19］。近年來，研究人員發現，在一些等離激元納米結構中也可以產生Fano 共振。與洛倫茲線型不同，Fano 共振具有尖銳且不對稱的線型，對周圍環境折射率也非常敏感［20-21］。在MIM 波導中，波導結構對Fano 共振的傳輸特性有很大的影響。例如，ZAFAR R 等［22］研究了與一對橢圓環形諧振腔耦合的MIM 波導中的Fano 共振，其最大靈敏度為1 100 nm/RIU；RAHMATIYAR M 等［23］研究了一個圓錐缺陷環形諧振腔與一個具有錐形缺陷的MIM 等離子體波導耦合的折射率傳感器，其最大靈敏度為1 295 nm/RIU；……