王芳 陈亚珂 李传强 马涛3)† 卢颖慧 刘恒4) 金婵

1) (河南师范大学电子与电气工程学院,新乡 453007)

2) (中国科学院界面物理技术重点实验室,上海 201800)

3) (河南师范大学,河南省光电传感集成应用重点实验室,新乡 453007)

4) (河南师范大学,河南省电磁波工程院士工作站,新乡 453007)

本文研究了一种非对称银膜多孔硅-氟化钙混合等离子体波导,并对其模式特性和波导灵敏度进行了分析.利用有限元方法分析了波导中两个不同偏振态基模(PM 1 和PM 2)的有效折射率、传输损耗、归一化有效模场面积、品质因数和波导灵敏度,并对几何参数进行优化.结果表明,在中红外波长3.5 µm 附近,非对称银膜多孔硅-氟化钙混合等离子体波导具有良好的模场约束能力和低损耗特性;此时,PM 1 和PM 2 的归一化有效模场面积分别为0.30 和0.52,传输损耗分别 为0.019 dB/µm 和0.016 dB/µm,品质因数分别为1335.54 和1594.99,波导灵敏度分别为0.080 和0.064.通过制造容差分析可知,非对称银膜多孔硅-氟化钙混合等离子波导在±10 nm 的制造容差范围内保持了良好的模式特性和传感特性.非对称银膜多孔硅-氟化钙混合等离子体波导结构简单,损耗小,易于实现表面等离子体传感,为无标记生物化学传感提供了一种可行的方案,另外,波导的非对称结构也可用于模式偏振态变换.

1 引言

随着微纳米技术的高速发展,纳米光子学取得了许多重大的突破,尤其是表面等离子体技术,已经成为纳米光子学领域中最活跃的研究之一.表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPP)中最简单的一种形……