基于对称金属包覆介质波导的表面等离子波纳米器件的研究
本文选题:表面等离子波 切入点:对称金属包覆介质波导 出处:《上海交通大学》2015年博士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:表面等离子波指的是金属表面自由电子和外部光子之间发生相互作用而激发的在金属表面传播的电磁波模式。表面等离子波纳米器件能够将光波局限在金属表面的亚波长区域内,从而突破了衍射极限对传统光学器件的限制,成功实现光学器件向亚波长尺度的跨越。随着对表面等离子波纳米光学器件研究的逐步深入,其在新型光子学器件和光学传感等微纳米器件研究领域必将拥有更加广阔的发展前景。本论文基于对称金属包覆介质的波导结构,运用光学矩阵波导理论分析了表面等离子波在纳米光学器件中的传输规律,并利用时域有限差分方法对理论结果进行了数值模拟验证。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)在对称金属包覆介质波导结构的基础上,提出了金属包覆皱阶周期性波导结构。采用转移矩阵理论,研究了金属包覆皱阶周期性波导结构中表面等离子波的传播特性,结果表明在金属包覆皱阶周期性波导结构中存在着与结构参数相关的表面等离子波禁带;利用时域有限差分方法,对金属包覆皱阶周期性波导结构进行了数值计算,模拟了表面等离子波的电磁场分布和频谱特性。(2)在金属包覆皱阶周期性波导结构的基础上,提出了表面等离子波波长分波器。通过设计金属包覆皱阶周期性波导的结构参数,可以对不同入射波长的表面等离子波进行波长分离;利用时域有限差分方法对不同结构参数的金属包覆皱阶周期性波导表面等离子波波长分波器进行了数值模拟,验证了表面等离子波在波长分波器中的传播特性和电磁场分布;实现了工作波长为756nm和892nm的金属包覆皱阶周期性波导表面等离子波波长分波器,其分光比分别达到了30.5dB和-29.2dB;通过调节金属包覆皱阶周期性波导的结构参数,可设计不同工作波长的表面等离子波波长分波器。(3)在对称金属包覆介质波导结构的基础上,提出了表面等离子波梳状滤波器。利用干涉理论分析讨论了表面等离子波梳状滤波器的基本传输性质;利用光学模拟软件FDTD Solutions对不同结构参数的表面等离子波梳状滤波器进行了数值模拟,研究了梳状滤波器的频谱特性和电磁场分布;通过调节表面等离子波梳状滤波器的结构参数,可以实现对透射率光谱的调整。(4)提出了一种利用衰减全反射方法测量了共轭聚合物非共振区域二阶超极化率分量的方法;基于共轭聚合物的一阶和二价非线性电光效应对电光聚合物表面等离子波波导调制器进行了研制,其调制深度随着直流偏压的增加而增大。
[Abstract]:Surface plasma wave refers to the metal surface between free electrons and photons interact and external excitation in the mode of electromagnetic wave propagation in metal surface. The surface plasmon wave can be confined in nano devices with sub wavelength metal surface area, thus breaking the diffraction limit of conventional optical devices, optical devices to achieve success subwavelength scale leap. With the surface plasmon wave nano optical devices gradually in-depth study, the novel photonic devices and optical sensing micro nano devices will research field have more broad development prospects. The symmetrical metal cladding optical waveguide structure based on optical waveguide, using matrix theory to analyze the propagation of surface plasmon wave in nano optical devices, and method of numerical simulation is carried out to verify the theoretical results using finite difference time domain. The main research contents and conclusions are as follows: (1) coating based dielectric waveguide structure in a symmetrical metal, put forward the metal coated wrinkle order periodic waveguide structure. Using the transfer matrix theory, the propagation characteristics of metal clad corrugated surface plasma wave order periodic waveguide structure. The results show that there is a surface coating the plasma associated with the structural parameters of the wave band to order periodic waveguide structure in metal; using the finite-difference time-domain method, the metal coating wrinkle order periodic waveguide structure was calculated, simulated surface plasmon electromagnetic field distribution and spectrum characteristics of wavelet. (2) in order to base metal coated periodic waveguide on the structure, put forward the surface plasmon wavelength demultiplexer. Through the design of the structure parameters of metal coated wrinkle order periodic waveguide, surface plasmon can be of different wavelength of the incident wave Wavelength separation; metal using finite difference time domain method of different structural parameters of coated wrinkle order periodic waveguide surface plasmon wavelength demultiplexer is simulated, verified the surface plasma wave propagation characteristics of electromagnetic field and wave is divided in wavelength; realize working wavelength of 756nm and 892nm metal coated wrinkle order periodic waveguide surface plasmon wavelength demultiplexer, the splitting ratio reached 30.5dB and -29.2dB; by adjusting the structure parameters of corrugated metal cladding order periodic waveguide, surface plasmon can design different wavelength and wavelength demultiplexer. (3) coating based dielectric waveguide structure in a symmetrical metal. The surface plasma wave comb filter. The interference theory analyzes the basic properties of surface plasma wave transmission comb filter is discussed; the simulation software of FDTD Solutions to the same node using optical The surface plasma wave constitutive parameters of the comb filter was simulated and studied the spectrum characteristics of the electromagnetic field and the comb filter; by adjusting the structure parameters of surface plasmon wave comb filter, can achieve the transmission spectrum adjustment. (4) proposed a method for measuring the attenuated total reflection method of non resonance region two conjugated polymer hyperpolarizability components; conjugated polymer of the first and two price was developed on the nonlinear electro-optic effect of surface plasmon waveguide electro-optic polymer modulator based on the modulation depth increases with increasing DC bias.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O441.4;TN713
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,本文编号:1564256
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