52, 112401(2015)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2015《中国激光》杂志社
112401-1
低损耗表面等离子体波导慢光传输的研究
陈佳佳 盛朋驰 杨骏风 陈 明 陈 辉
桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
摘要 采用 介质层加 载的方 法使表 面等离 子 体激元 (SPPs)在传输 过程中 获得较 低的传 输损耗。 通过比 较介质 -金
属-介质 (IMI)和介质加载的波导，证明了此介质加载的方法可以有效地减小表 面 等离子体的损耗，获得更低的传播
速度。然后，在硅介质和金属银中间加载一层二氧化硅来提高介质光栅中表面等离子体慢波传输的性能。通过时域
有限差分法证明所提出的结构使得不同频率的入射波产生的 SPPs 停留在不同高度的介质中，获得很小的传播速度，
并且有很小的传输损耗和强的亚波长限制。此结构在光存贮和光通信方面有着很好的应用。
关键词 集成光学; 表面等离子体激元; 时域有限差分法; 色散; 慢光; 低损耗
中图分类号 TN252 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP52.112401
Study on Slow Light of Surface Plasmon Waveguide with Low Loss
Chen Jiajia Sheng Pengchi Yang Junfeng Chen Ming Chen Hui
Guangxi Key Laboratory of Precision Navigation Technology and Application, Guilin University of Electronic and
Technology, Guilin, Guangxi 541004, China
Abstract The method of the dielectric loaded is presented to obtain low loss in propagation of the surface plasmon
polaritons (SPPs). Comparing the conventional insulator-metal-insulator (IMI) waveguide and the waveguide with
dielectric loaded, it is demonstrated that the method of dielectric loaded can reduce the loss in propagation and
achieve smaller group velocity. A silica layer between a silver film and silicon layer is employed to improve the
propagation performance of SPPs in the“trapped rainbow”system based on graded grating structure. Time domain
finite difference simulation demonstrates that the improved structure is able to localize light of different frequencies
at different positions and offers the advantage of supporting slow SPPs with a much lower propagation loss and
deeper sub-wavelength confinement. The proposed structure has a wide range of applications in optical processing
and optical communication.
Key words integrated optics; surface plasmon polarizations; time domain finite difference; dispersion; slow
light; low loss
OCIS codes 240.6680; 240.6690; 240.6695
1 引 言
表面 等离子体激 元(SPPs)是在 介电 常数小于零 的金 属和介电常 数大 于零的介质 界面 上与金属中的自
由电 子形 成的一种非辐射局域电磁波，沿着 导体 表面传播，在垂 直导 体表 面上 呈指 数衰 减，因 此，它是 被束
缚在金属 表 面上传输 的 一种表面 波
[1]
。由于 SPPs 能 克 服衍射极 限 ，在 纳 米光子集 成 回 路中具有 潜 在的应
用。而 SPPs 波导作为传输表面等离子体的重要器件，在理论和实验中被大量研究，例如：波长分束器、反射
器、滤波器、传感器、表面等离子体透镜、全光转换器等
[2-6]
。
SPPs 慢光被认为是在纳米集成回路中最具有潜在应用的技术之一，可应用在光学记忆、信息存储、光存
储器等，SPPs 不仅能够 在亚波长尺 寸下传输光 信息，还 能够以相当 小的传 播速 度进行 传输，增 加了传播时
收稿日期: 2015-05-12; 收到修改稿日期: 2015-06-03; 网络出版日期: 2015-09-09
基金项目: 广西自然科学基金(2014GXNSFAA118283) 、2014 年主任基金(GXKL0614104)
作者简介: 陈佳佳(1989—)，男，硕士研究生，主要从事光通信技术及光电器件方面的研究。
E-mail: 1302202013@mails.guet.edu.cn
导师简介: 陈 辉(1976—)，男，博士，副教授，主要从事电磁波和光波的目标散射特性、复杂环境下的电波传播预测技术、
微波光子学以及太赫兹散射等方面的研究。E-mail: chenhui02@guet.edu.cn(通信联系人)
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