兩種新型表面等離子體光波導(dǎo)的傳輸特性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會信息化程度的不斷提高，對數(shù)據(jù)處理的速度也要求越來越快。由于受到現(xiàn)有電子學(xué)基本技術(shù)的限制，現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)不得不借助子集成光學(xué)的手段來應(yīng)對日益增強的挑戰(zhàn)。但因為衍射極限的存在，由傳統(tǒng)電介質(zhì)構(gòu)成的集成光學(xué)元器件在微型化和高密度化方面存在著根本性的困難。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一種可以突破衍射極限的新思路。即在金屬與電介質(zhì)界面上存在一種電磁模式，其橫向尺寸小于波長，可以實現(xiàn)對電磁場亞波長的束縛，所以從根本上突破了衍射極限的限制。這種將光場

2、與金屬中的電子耦合起來的電磁模式被稱為“表面等離子體”。目前人們已經(jīng)開始研究如何利用表面等離子體來實現(xiàn)亞波長的光學(xué)器件，其中表面等離子體光波導(dǎo)成為了一個研究熱點。表面等離子體光波導(dǎo)是實現(xiàn)全光回路的基礎(chǔ)，其設(shè)計、制作和應(yīng)用對于集成光學(xué)元器件走向微型化和高密度化具有重要的意義。
　　本論文首先闡述了表面等離子體、表面等離子體激元和表面等離子體光波導(dǎo)的概念，然后對頻域有限差分方法進行了簡介。接著設(shè)計了兩種新型的表面等離子體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，采

3、用頻域有限差分法對這兩種波導(dǎo)的傳輸特性進行了分析和討論。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計了一種雙橢圓納米金屬棒表面等離子體光波導(dǎo)，討論了波導(dǎo)幾何參數(shù)和工作波長對其沿縱向的能流密度、有效折射率以及傳播長度的影響。結(jié)果表明，基模沿縱向的能流主要分布在兩個橢圓金屬棒所形成的中間區(qū)域，且越靠近兩個金屬棒的弧形邊，沿縱向的能流越大。因為通過調(diào)節(jié)兩個橢圓金屬棒的中心距離以及它們兩個半軸的大小，可以調(diào)節(jié)模式的有效折射率和傳播長度

4、，所以這種橢圓金屬棒表面等離子體光波導(dǎo)可以應(yīng)用于光子器件集成領(lǐng)域和傳感器領(lǐng)域。
　　(2)設(shè)計了一種具有三個圓形空氣芯的表面等離子體光波導(dǎo)，討論了波導(dǎo)幾何參數(shù)和工作波長對其沿縱向的能流密度、有效折射率、傳播長度以及模式面積的影響。并在相同的參數(shù)條件下，將所設(shè)計的具有三個圓形空氣芯的表面等離子體光波導(dǎo)與已有的相似波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作了比較。最后，我們還討論了使用增益介質(zhì)作為波導(dǎo)芯區(qū)材料來克服較大傳輸損耗的可能性。結(jié)果表明，能流密度主要分布在三