亚波长复合微纳结构光二极管的仿真及优化

发布时间：2020-03-24 00:52

【摘要】：全光二极管是集成光子回路应用上最基本的元器件,微纳结构全光二极管能够满足集成化、微型化、低能耗、高速度等要求,研究制备出可调控的全光二极管,对光计算机、光子回路的发展有重要的影响作用。本文利用表面等离激元会导致产生异常透射的原理,来设计优化全光二极管结构,使全光二极管的性能达到单向透过性最优化。表面等离激元是在微纳结构金属表面的自由电子由于光子的激发作用下产生的共谐振荡,是一种沿着金属表面而不是在金属内部传播的电磁波。本学位论文便利用调节亚波长复合微纳金属结构从而调控表面等离激元的传播规律、物理特性等来设计全光二极管。即本学位论文设计了三维孔槽复合结构的全光二极管,并对结构进行了系统的设计和优化。工作内容及研究结果有以下几个方面:(1)首先根据微纳三维全光二极管结构的基本原理,选用Comsol软件对三维孔槽结构进行模型建立,并根据已知文献,设置参数,进行仿真计算,结果与已知文献进行对比,调整,最后验证确定模型的正确性。且得出结论单孔单槽相比单孔无槽结构透射率增强了约1.69倍,很大的增强了远场透射。(2)其次在单孔单槽的基础上,由于表面等离激元在对称结构下效果最大的原理,设计单孔对称凹槽模型,并计算仿真得出透射率与孔槽距离关系数据图及单孔双槽的电场模图,分析对比为设计全光二极管提供数据。根据三维微纳单孔单槽结构中单凹槽到圆孔之间的距离d与透射率的透射谱,随着凹槽位置的变化,规约化透射率呈周期性变化,且透射率的峰值随着距离d逐渐减小,但透射率谷值基本保持稳定。双槽对称结构相比于单槽结构更能激发SPPs,对透射的影响更大。单孔单槽的最大透射强度约1.69倍,而单孔双槽结构的最大透射强度可以达到2.45倍。(4)最终设计最优化全光二极管,根据前面的数据,确定凹槽的最优化位置,建立模型,分别对不同的凹槽对数进行仿真模拟,得出透射率和消光比,从而选出最优化的凹槽对数及位置即为上表面刻4对凹槽,下表面刻1对凹槽时的结构能使得单向透射达到最大化,最大透射率为5.83倍,消光比为11d B。且对应位置分别为:L_1=352nm,L_2=1200nm,L_3=2050nm,L_4=2920nm,下表面刻1对凹槽,且对应位置为L_1'=1000nm。
【图文】：

图 1.1 SPPs 在电介质界面两侧的电磁场分布 图 1.2 介质分界面两侧电磁场分布表面等离激元具有以上的特性，为光子代替电子的发展提供了可能性，能够制破光学衍射极限的光子器件来替代现阶段的电子元器件，，作为光通信技术以及计算机的基础[29]。基于表面等离激元设计的光子器件可以突破传统的光学衍射

图 1.1 SPPs 在电介质界面两侧的电磁场分布 图 1.2 介质分界面两侧电磁场分布表面等离激元具有以上的特性，为光子代替电子的发展提供了可能性，能够制破光学衍射极限的光子器件来替代现阶段的电子元器件，作为光通信技术以及计算机的基础[29]。基于表面等离激元设计的光子器件可以突破传统的光学衍射
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN31

【参考文献】

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本文编号：2597537