双金属挡板MIM波导结构中的Fano共振及其传感特性

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Fano共振是源于离散态和连续态之间的干涉而产生的一种光学效应,有着尖锐且不对称的线型,因此对周围环境变化极其敏感,已被广泛应用于光学传感领域。金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导结构具有体积小、强束缚光波能力、结构简单等优点,在高密度集成纳米光电子学领域具有良好的应用前景。基于MIM波导结构产生的Fano共振在光学传感中具有较高的传感灵敏度(S)和品质因数(Figure of Merit,FOM),已经成为研究人员的关注热点之一。本文以MIM波导结构为基础,以Fano共振及多重独立可调谐的Fano共振作为桥梁,以有限元法(FEM)作为研究方法,对不同双金属挡板MIM波导结构产生的Fano共振进行分析,从而实现高灵敏度的传感应用。主要研究内容如下:提出了一种由一个D型腔和一个含有双金属挡板的直波导组成的MIM波导结构,可以实现双重Fano共振,并从透射谱、稳态磁场分布等多方面分析了Fano共振的产生机理。通过改变MIM波导结构的几何参数或D型腔的折射率可实现Fano共振的调谐。结果表明,结构的最大折射率灵敏度可达1510nm/RIU,有着较高的FOM值,且Fano共振波长与折射率之间存在良好的线性关系,该波导结构也可用于人体血型检测,能够分辨A、B、O三种血型。提出了一种由侧耦合矩型腔、右开口半环腔和双金属挡板的直波导组成的MIM波导结构。该结构可以产生三重Fano共振,并且通过改变结构的几何参数可以独立地调谐三重Fano共振。此外,该结构还可用于折射率传感和生物传感(葡萄糖溶液浓度传感和乙醇溶液温度传感)。折射率传感的最大灵敏度可达1550.38nm/RIU,葡萄糖溶液浓度传感和乙醇溶液温度传感的最大灵敏度分别为0.186nm?L/g和5.89nm/℃。
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