0213002‑1第52卷第2期2023年2月Vol.52No.2February2023光子学报ACTAPHOTONICASINICA基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究陈致远，董兴法，孙好（苏州科技大学电子与信息工程学院，苏州215009）摘要：基于表面等离子体激元在金属-介质-金属结构中优良的传输特性，设计了一种由直波导和锚形谐振腔组成的波导滤波器。仿真分析了波导滤波器传输特性和电场分布随结构参数和谐振腔内介质折射率变化规律。结果表明，该锚形谐振腔最佳结构时滤波器半峰全宽低至8nm，品质因数高达121.9。利用共振波长与结构参数变化规律，设计了光通信波长窗口的窄带带阻滤波器。根据SPPs对谐振腔介质折射率敏感的特性，发现透射谱线随折射率变大而发生红移。本文提出的基于锚形谐振腔的等离子体MIM波导滤波器为设计特定波长的窄带带阻滤波器提供了新思路，也为基于谱线红移特性设计的介质折射率传感器提供了技术支持。关键词：锚形谐振腔；表面等离子激元；有限元方法；滤波特性；传感特性中图分类号：TN252文献标识码：Adoi：10.3788/gzxb20235202.02130020引言表面等离子体激元（SurfacePlasmonPolaritons，SPPs）是一种沿着金属和电介质界面传播的电磁波。SPPs具有将电磁波能量约束在半个波长区域的性质［1］，可以突破传统光学中的衍射极限，被广泛应用于亚波长光学器件设计［2-3］。为激发SPPs，波导一般设计为介质-金属-介质（Insulator-Metal-Insulator，IMI）或金属-介质-金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）结构。IMI波导损耗较低，但约束光传播的能力较弱。与之对应的，MIM结构具有较宽的频谱范围，在亚波长支持高群速模式，而且可实现长距离传播中精确的光调控［4］，被广泛应用于纳米量级先进光学器件的设计，例如纳米级相干光源中的纳米腔［5］、矢量全息的双原子超表面［6］、T型带支节分束器［7］、定向耦合器［8］与红外窄谱增强传感器［9］等。滤波器中的谐振腔具有波长选择性，利用SPPs与谐振腔耦合共振可以实现光的波长调控［10］。近年来，很多学者通过设计谐振器结构，制作了各种高性能滤波器，例如L形谐振腔滤波器［11］、方形凹环结构谐振器［12］与拱型谐振腔滤波器［13］等。本文设计了一种基于锚形谐振腔的MIM波导滤波器，对该结构进行仿真，分析其传输特性。仿真结果表明，随着弧形结构角度θ、矩形结构高度H和弧形结构半径R的变化，共振波长处的滤波效果变化非常明显，且能够通过调整参数拟合数据得到对应关系精确控制滤波效果。若在锚形谐振...
