OptiFDTD应用：纳米盘型谐振腔等离子体波导滤波器

科技前沿 • 2025-02-23 17:40 • 阅读 64

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简介：

 表面等离子体激元（SPPs）是由于金属中的自由电子和电介质中的电磁场相互作用而在金属表面捕获的电磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指数衰减。[1]

 与绝缘体-金属-绝缘体(IMI)等离子波导相比，金属-绝缘体-金属(MIM)波导具有很强的光约束，对SPPs来说，其传播距离可接受。

 有许多种类的纳米波导滤波器：齿形等离子体波导[2]，盘型谐振腔Channel drop滤波器，矩形几何谐振腔[3]以及环形谐振腔[4]。

 MIM波导中，有两种等离子体滤波器，即带通和带阻滤波器。

2D FDTD模拟

 选择TM偏振波激发SPPs

 应用正弦调制高斯脉冲光来模拟感兴趣的波长

 输入场横向设置为模式场剖面（使用模式求解器计算）

 网格尺寸要小到足以研究SPPs

 对于谐振器，仿真时间应该足够长，使时域内的场在使用脉冲时衰减到很小的值。

 用Lorentz-Drude模型对银的色散进行了研究。

纳米盘谐振腔设计

模拟结果

输出记录器的功率谱*归一化到光源。显示波长530 nm和820 nm的两个峰值。

*Note：直接从OptiFDTD获得的功率谱上，可以演示滤波器。传输光谱可以使用参考1中的方法来计算。

Note：峰值波长处的细微差异（与参考相比）是由于使用了不同的金属模型。

[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)

[2] X. S. Lin, et al., "Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes,"Opt. Lett. 33, 2874-2876 (2008);

[3] A. Hosseini, et al., “Nanoscale surface Plasmon based resonator using rectangular geometry,” Appl. Phys. Lett. 90(18), (2007).

[4] T. B. Wang, et al., “The transmission characteristics of surface plasmon polaritons in ring resonator,” Opt. Express 17(26), 24096–24101 (2009).