中文摘要：

超高速、多功能、大容量光电集成平台迫切需要适合大规模集成的亚波长尺寸光滤波器件，并且生物化学探测领域需要高灵敏度的微纳化学传感器。传统的基于介质的波导光栅和光栅传感器特征尺寸大，光调控性能差，很难实现高密度集成。表面等离子激元波导光栅由于其独特的表面束缚和局域场增强效应能有效减小器件尺寸，并能大大提高其光调控性能。本课题研究基于表面等离子激元的亚波长波导光栅的物理机理和制备工艺。通过建立相应物理模型，设计并优化组成表面等离子激元亚波长波导光栅的微纳结构，分析该结构各参数（如等离子激元波导参数、光栅参数等）对其性能（如中心波长、反射率、带宽等）的影响；并研究光在亚波长波导光栅中的传输特性（如损耗、模式等），阐明基于表面等离子激元的亚波长波导光栅的物理机理；在此基础上，采用聚合物和金属作为材料，结合微细加工技术制作光通信波段的亚波长波导光栅，并探索其在光通信及化学传感领域的应用。

结论摘要：

本课题研究了表面等离子激元波导光栅的物理机理和制作工艺。在SPP波导光栅设计方面第一，建立了表面等离子激元光波导SDLSPP的物理模型，分析了其模式大小、传输损耗与波导各参数之间的关系，并分析了其与传统介质波导的耦合特性并优化，同时还提出了一种混合型SPP光波导结构，模式尺寸可以进一步压缩至纳米级；第二，在提出并优化的SDLSPP光波导结构的基础上，建立了折射率调制型和宽度调制型SPP波导光栅的物理模型，并分析了该SPP波导结构参数和光栅结构参数对器件性能（如中心波长，反射率和带宽）等影响，在此基础上设计并优化了该SPP波导光栅的性能，同时针对SPP波导光栅制备，设计并优化了金属波导宽度调制和间隔型SPP波导光栅，得到三阶SPP波导光栅的周期为1.6μm，符合接触式光刻工艺要求；在SPP波导光栅制备方面第一，研究了基于聚合物材料光波导的微加工工艺，在优化工艺的基础上制备了聚合物环形谐振腔滤波器；第二，采用聚合物ZPU和金材料，研究并优化了相应的镀膜、光刻、刻蚀等微加工工艺并制备了SPP光波导，传输损耗为10dB/cm；第三，研究了双光束干涉法、飞秒激光直写法、传统光刻法制作波导布拉格光栅，基于工艺简单可行性最终选择传统光刻法制备波导光栅，制备了聚合物长周期波导光栅，中心波长为1563nm，透过率-7dB；并在此优化工艺基础上，制备了三阶金属SPP波导光栅，得到的中心波长为1553nm，带宽为0.5nm，透过率为-5dB，插入损耗为-36.5dB。本项目还在其他亚波长SPP波导滤波器新结构方面进行了研究提出并分析了基于矩形谐振腔、F-P腔和T形的新型SPP波导滤波器，为亚波长SPP滤波器的下一步研究奠定了基础。通过该项目的研究，建立了亚波长SPP波导光栅滤波器的理论基础，优化了SPP波导光栅的微加工工艺流程，并提出了一些新型亚波长SPP波导滤波器的结构，为SPP波导光栅滤波器在光通信芯片领域的应用提供了技术支撑。