中红外金属包覆波导的超高阶模特性研究

发布时间：2017-10-18 01:37

  本文关键词：中红外金属包覆波导的超高阶模特性研究

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【摘要】：近年来,集成光子学的研究从近红外波段逐渐延伸到了中红外波段,中红外波导的特性研究与应用也成为了目前中红外波段集成光学器件的热点。金属包覆波导可以在中红外波段激发出对波长、波导厚度、材料折射率具有高敏感性的超高阶模式,同时高阶模式具有等效负向古斯汉欣位移增强效应。因此,对金属包覆波导的超高阶模特性进行研究后,设计传感器等光学器件,将在材料分析、环境监测、水体成分检测等领域有着巨大的应用前景。本文在上述背景下,分析讨论了基于金属包覆波导的超高阶模特性的中红外传感器的设计方法,并通过工艺手段和实验测试对高阶模特性进行了验证,具体内容分为以下几个方面：1、将金属的复介电常数代入一般介质平板波导的本征方程,分析了金属包覆波导的模式理论,讨论了波导层厚度至毫米量级,得到了有效折射率接近于0的高阶模式,及其折射率、波导厚度和波长对高阶模式特性的影响。根据高阶模式的高敏感特性设计了两种中红外传感器件,根据监测接收光的吸收峰实现传感功能。2、根据实验条件和要求,采用硫系玻璃材料设计加工了中红外棱镜,搭建了基于5.4μm中红外光的实验平台。利用电子束和热蒸发工艺蒸镀金属膜完成波导器件的制作后,针对高阶模特性对几种传感器进行了基础实验测试,并将测试结果和理论结果进行对比,对每种传感器的性能和优缺陷进行了分析,并提出改进想法。3、分析了高阶模的等效古斯汉欣“负向位移”效应,在中红外波段可实现较大的等效“负向位移”增强。并对影响等效“负向位移”因素进行分析讨论,利用毫米量级的金属包覆波导设计了中红外“光陷阱”和中红外光延时器件。
【关键词】：金属包覆波导 超高阶模 古斯汉欣位移 中红外传感器 中红外集成光子学
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN252
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 中红外波导特性与应用现状10-18
• 1.2.1 波导型中红外传感器件11-17
• 1.2.2 中红外波导型传感器应用17-18
• 1.3 金属包覆波导的研究现状18-19
• 1.4 本论文的研究内容与主要目的19-21
• 1.5 参考文献21-25
• 第2章 中红外金属包覆波导高阶模的特性分析25-38
• 2.1 介质平板波导25-31
• 2.1.1 平板波导的射线法模型26-29
• 2.1.2 平板波导的电磁理论模型29-31
• 2.2 对称金属包覆介质波导31-36
• 2.2.1 金属的光频特性32
• 2.2.2 对称金属包覆介质波导32-33
• 2.2.3 利用高阶模敏感特性的中红外传感器设计33-36
• 2.3 本章小结36-37
• 2.4 参考文献37-38
• 第3章 基于中红外金属包覆波导高阶模特性的实验38-56
• 3.1 实验流程38-46
• 3.1.1 实验测试系统的设计38-41
• 3.1.2 红外棱镜设计与加工41-43
• 3.1.3 金属材料的蒸镀43-45
• 3.1.4 实验测试系统的搭建与调试45-46
• 3.2 实验测试结果46-53
• 3.2.1 SPR传感器测试结果47-50
• 3.2.2 基于棱镜耦合的中红外传感器测试结果50-51
• 3.2.3 基于高阶模特性的中红外传感器测试结果51-53
• 3.3 器件的测试展望53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 3.5 参考文献55-56
• 第4章 基于中红外金属包覆的负古斯汉欣位移效应与应用56-69
• 4.1 金属包覆波导表面位移增强效应56-59
• 4.1.1 古斯汉欣位移56-57
• 4.1.2 金属包覆波导的古斯汉欣位移增强效应57-59
• 4.2 GH位移增强效应在中红外波段的性质59-63
• 4.2.1 金属厚度对GH位移增强效应的影响60-62
• 4.2.2 金属介电常数对GH位移增强效应的影响62-63
• 4.3 负向位移的应用构想63-66
• 4.3.1 中红外光陷阱的设计63-64
• 4.3.2 中红外光延时器的设计64-65
• 4.3.3 器件的改进与展望65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 4.5 参考文献67-69
• 第5章 总结与展望69-71
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果71-72
• 致谢72

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴华炳;陈舜儿;刘伟平;;3D片上光互连网络研究(本期优秀论文)[J];光通信技术;2014年06期

2 薛红;王芳;白秀英;董康军;;基于高斯光束的绝缘体上硅平面光波导的耦合效率研究[J];科学技术与工程;2014年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 向磊;基于Si基的MMI设计制作及其在全光信号处理中的应用[D];华中科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 周唯;硅基波导光栅耦合器件的研究[D];国防科学技术大学;2011年

2 金亿昌;新型磁光器件的基础研究[D];浙江大学;2014年

3 刘学文;光栅耦合型硅基混合集成锗光电探测器设计及制备研究[D];华中科技大学;2013年

4 石t@;硅基微环谐振器中四波混频效应的理论与实验研究[D];华中科技大学;2013年

5 阎海;母子微环结构的集成光分插复用器[D];清华大学;2013年

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本文编号：1052219