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基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

祁云平 张雪伟 周培阳 胡兵兵 王向贤

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

祁云平, 张雪伟, 周培阳, 胡兵兵, 王向贤
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  • 提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.3310-4 RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.
      通信作者: 祁云平, yunpq@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61367005)、甘肃省自然科学基金-创新基地和人才计划(批准号:17JR5RA078)、西北师范大学青年教师科研能力提升计划(批准号:NWNU-LKQN-17-6)和西北师范大学学生创新能力提升计划(批准号:CX2018Y167)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-20
  • 修回日期:  2018-07-19
  • 刊出日期:  2018-10-05

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

  • 1. 西北师范大学, 物理与电子工程学院, 甘肃省智能信息技术与应用工程研究中心, 兰州 730070;
  • 2. 兰州理工大学理学院, 兰州 730050
  • 通信作者: 祁云平, yunpq@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61367005)、甘肃省自然科学基金-创新基地和人才计划(批准号:17JR5RA078)、西北师范大学青年教师科研能力提升计划(批准号:NWNU-LKQN-17-6)和西北师范大学学生创新能力提升计划(批准号:CX2018Y167)资助的课题.

摘要: 提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.3310-4 RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.

English Abstract

参考文献 (30)

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