表面等离子体(SPPs,Surface Plasmon Polaritons)是一种在金属和介质界面上传播的表面波,能量高度限制在金属表面。SPPs能够突破传统光学中衍射极限的限制,特别是,金属狭缝波导结构具有在纳米尺度上限制和操纵光的能力,被认为是实现纳米量级光学集成回路有效技术途径。近年来,基于金属狭缝波导的各种基本器件结构被提出,包括分束器、耦合器、M-Z干涉仪、多模干涉仪、光开关、光源、调制器、探测器等。而波长选择是光通信和光信息处理领域中重要的基本功能之一,近年来,基于SPPs的波长选择功能性器件研究日益受到人们的关注。一些基本的器件结构也逐步被报道,涉及到带阻滤波器、带通滤波器和反射器等。然而,该方面的工作仍不完善,现有的器件往往存在功能单一、结构复杂、尺寸相对较大、难以加工实现等不足。为此,本文开展基于SPPs的波长选择功能性器件研究工作,设计了各种新颖的器件结构,主要包括以下几个方面内容:　　1.基于非对称耦合微腔的SPPs滤波器　　利用直波导与F-P腔端面耦合的方式,实现了在可见光和近红外频段范围内的带通滤波功能。研究了输入耦合位置改变对透射频谱的影响,发现在不同的输入耦合位置时,谐振腔的奇阶谐振模式和偶阶次谐振模式会被选择性地抑制。分析输出耦合强度与耦合区附近电磁场强度之间的关系,发现在对应谐振模式波节的位置处,电磁场无法耦合输出。利用该原理可将不同谐振阶次的光信号从不同的端口中耦合输出,实现了频谱分束的功能。通过改变谐振腔几何尺寸及耦合距离,实现波长及带宽的动态可调。相关结果于2011年发表在Optics Express上,目前已被引用4次。　　2.基于微腔阵列的SPPs解复用器　　设计了基于单个微腔的上/下载结构,实现对特定波长的滤波功能。进一步构造了微腔阵列结构,相邻谐振腔之间距离仅为150nm,每个谐振腔具有不同的长度,满足谐振条件的光信号将会在相应的微腔内发生谐振振荡并耦合进对应的输出通道中,因此,不同波长的光将从不同的输出通道中输出,实现了波分解复用的功能。同时,改变输出耦合的位置,有效地消除各通道中的高阶谐振模式,实现宽频谱范围内的单波长输出,避免了各通道之间的信号串扰。通过改变波导与微腔之间的耦合距离,可实现频谱带宽在20nm～80nm区段内动态可调。相关结果于2011年发表在Optics Letters上,目前已被引用8次。　　3.基于孔径耦合的SPPs滤波器和解复用器　　设计了基于孔径耦合微腔的上/下载结构,实现了带通滤波功能。透射谱的带宽可通过改变孔径宽度来调节。在输出波导端引入干涉臂结构,发现当干涉臂长度为四分之一的谐振波长时,相应的谐振峰值可以被消除。将干涉臂引入到输入波导端口时,在实现对透射性能调制的同时,可以将透射率从原本的40％提高到80％,效率提高近一倍以上。进一步采用基于孔径耦合多个微腔构造波分解复用器结构,实现对4个不同波长的光信号的同时下载。相关结果于2011年发表在Journal of the Optical Society of America B上,目前己被引用1次。　　4.基于交叉微环结构的SPPs反射器和滤波器　　设计一个新型的交叉微环结构,该结构由一矩形环形波导和直波导交叉连接而成。通过建立散射矩阵模型来分析器件的透射特性,发现当三条臂长满足特定的关系时,将会在透射谱上形成光子带隙,带隙中心产生SPPs的反射。揭示了其光子带隙形成的物理机制并建立相应的解析模型,并通过FDTD数值仿真验证其正确性。通过引入结构非对称性,包括改变上下臂的尺寸或者将上下臂的位置错位的方式,实现了光子带隙中窄带透射峰值,可用于光通信中的信号滤波。相关成果已投稿期刊及会议文章。　　其创新性主要包括以下几个方面:　　1.不同于现有报道的微环和微盘等对称性的谐振腔,提出了基于非对称耦合的微纳F-P腔滤波器结构,揭示了不同输入耦合位置时本征谐振模式抑制机制。研究了输出耦合强度与耦合区电磁场强度之间的关系,首次实现了滤波器中的频谱分束功能。　　2.提出一种纳米量级的SPPs微腔阵列结构,实现了多波长的解复用功能,同时提供了消除通道中高阶谐振模式的解决方案,并对器件功能的可扩展性进行了论证。　　3.提出基于孔径耦合微腔的滤波器和解复用器,克服现有报道的倏逝波耦合结构难于加工的缺点,提供一种当前切实可行的解决方案。同时提供了一种新的干涉臂调节机制,与不加干涉臂的结构相比,透射效率被提高到2倍以上。　　4.利用非周期性的SPPs交叉微环结构实现了周期性Bragg光栅所具有光子带隙特性和窄带滤波特性,结构简单,尺寸紧凑,在实现纳米尺寸的宽带反射器和滤波器等方面具有潜在应用前景。