0 导言
外表等离子激元(简称SPPs)早在1950年的Ritchie作业之后就被人们所知道。它们本质上是光子和导体中的自由电子彼此作用而被外表抓获的广波，或许说是自由电子和光波电磁场因为共振频率相同而构成的一种团体振动态。
SPPs沿着导体一电解质分界面处传达，传达间隔大约是几百纳米到几微米，并在笔直外表的两个方向上，均以指数式衰减。传统光学因为衍射极限的约束，只能把光子器材做到波长(λ／n)量级，而无法满意集成光学的需求，而根据外表等离子激元的光子器材则打破了衍射极限的约束，能够将光捆绑在亚波长结构中传达，故有利于光器材的集成化开展。
根据外表等离子激元的光波导因为能够将光场约束的很小，因而能够完成非常急剧的曲折，然后能够做成非常小的环状波导。本文研讨的根据外表等离子激元的共振环滤波器便是一种非常重要，也是非常根底的光学器材，在光通信中有着很广泛的使用(如光开关，波分复用等)。
1 外表等离子激元的特性
在适宜的鸿沟条件下解Maxwell方程，能够得到SPPs的色散联系：
其间，ε是金属的介电常数，εd是电介质的介电常数，kspp是SPPs的波矢，k0=ω／C是自由空间的波矢。色散联系公式(1)中，金属的介电常数ε选用Drude模型：，其间ε∞是带间跃迁对的介电常数，ω是等离子共振频率，γ是电子碰撞频率。由式(1)能够看出，因为kspp>k0，SPPs的动量与入射光子的动量不匹配，所以，在通常情况下，SPPs不能被激起，它能够经过在金属外表引进亚波长缺点等办法来激起。
2 可调谐谐振环滤波器结构剖析
图1所示是根据外表等离子激元的结构模型，它由一根长直波导和一个环形波导构成，其波导资料均为sio2，周围掩盖的金属金、银、铝等都是常用的金属，关于在光频段来说，银(Ag)的损耗要小。该滤波器的详细数值：长直波导的宽度和环状波导宽度w均为200 nm。环的半径R是1μm，环与长直波导相距30 nm(直波导的基层到环形波导外层的间隔)。光由入射端(端口1)进入长直波导，经过共振器(环形波导)在出射端(端口2)射出，出射强度由直波导中的导模和环状波导中的导模彼此干射决议。因为环形波导中的导模位相是周期性改动的，因而估量出射端的光场强度也将随必定的周期改动。假定光在波导内的传达以及光的耦合没有损耗，并且在波导内只要单一形式传达，那么，理论上的透射率为：
式中，θ是导模在环中每圈的相位添加，α代表导模在环中的损耗，包含传达损耗和环的曲折损耗，t=∣t∣exp(jϕ)是复系数，表征的是没有被耦合进环形波导内的长直中的那部分导模。
3模仿仿真剖析
仿真剖析时，光源可选用平面波TM模，鸿沟条件选取APML。图2所示是对该模型进行的仿真图。由图2可见，光在经过长直波导时，一部分光耦合进了环状波导。
图3所示是R=1μm时，端口2(蓝色)和端口1(赤色)出射归一化强度曲线，从图3能够看出，透射强的确随波长有周期性改动，在所示波长范围内呈现了两个吸收峰(absorption peak)，从透射公式(2)中能够得出，环的半径是影响透射成果的重要因素，为利于比照，接下来将半径改为1.1μm，并进行仿真，然后得到了图4所示的出射归一化强度曲线。
比照图3和图4能够看出，当R从1 μm改动到1.1 μm，吸收峰的方位全体向右偏移了，并且呈现了3个吸收峰，R=1.1μm消光比(extinction ratio)要比R=1 μm时更大，吸收峰相同尖利。图3中较好的1.8μm到1.9μm处的两个吸收峰的消光比大约是8db，-3db带宽大约是8nm，好于现有水准。另一个重要的衡量滤波器的系数是FSR(passband bandwidth and extinction ratio)，在本文中，能够简略地理解为相邻吸收峰的间隔，R=1μm时是90 nm，相同波长范围内，R=1.1时则呈现了3个吸收峰，阐明当R变大时，FSR反而变小，经丈量大约是86 nm。能够揣度，当环持续增大，吸收峰距离或许能满意DWDM的需求，然后为DWDM大型集成化供给或许。
4 结束语
本文剖析了根据外表等离子激元的可调谐共振环滤波器结构原理，并分别对环半径R为1.0μm和1.1 μm时进行了仿真。成果发现，波导环半径的改动会周期性地在特定波长上发生激烈的吸收作用，其间-3 db带宽只要8 nm，好于现有水准，且跟着环半径R的增大，吸收峰会向右移动，并且能够经过改动金属温度的办法对滤波器进行调谐。经过核算在所示波长范围内，一切峰的数量可知，跟着环状波导半径R的增大，吸收峰会更密布(FSR减小)，而当环的半径持续增大，吸收峰距离越来越小，但峰仍然尖利，能够契合密布波分复用(DWDM)的需求，使用远景光亮。别的，本研讨模型结构简略，整个模型巨细不超越10μm2，并且比现有的光子晶体器材小，很易于集成。
