光子器件内周期性结构的多物理场仿真

发布时间：2020-04-14 06:42

【摘要】：随着半导体器件制造工艺的进步,微电子器件不断小型化。对于以电子传输为载体的电子电路来传递数字信息的能力受到巨大的挑战和限制,而以光纤为载体的光子回路可以高速的传递数字信息,但由于尺寸的原因光子器件与微电子器件之间无法很好地进行集成与适配。当光子器件的尺寸缩小到纳米尺度时,电磁波由于受到经典衍射极限的制约,在传输、调控等方面受到限制,微型光子器件在光波波长或小于光波波长的尺寸内很难实现。因此,如果能够实现在小于电磁波波长的尺度范围内对电磁波的调控,以及突破电磁波传输的经典衍射极限,便为实现微型光电子器件集成做出巨大的贡献。在纳米尺寸金属结构与电磁波相互作用的过程中,为了实现对电磁波在纳米尺度下的操控,一种基于表面等离子体(Surface Plasmons,SPs)或称为表面等离子激元(Surface Plasmons Polaritons,SPPs)发挥了非常重要的作用。SPPs是存在于入射电磁波中的光子与金属表面自由电子在频率相互匹配而产生的集体振荡,即一种表面激发态的倏逝波。倏逝波会在介质层与金属表面之间传播,从而引起电磁波的透射增强(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象。本论文将利用基于交变方向隐式的时域有限差分法(Alternating Direction Implicit Finite-Difference TimeDomain,ADI-FDTD),分别对二维单缝与双缝亚波长周期性金属薄膜光栅的周期、厚度、缝隙宽度以及温度对电磁波透射增强现象的影响进行较为系统的研究。同时研究了该现象对太阳能薄膜电池的光吸收能量的影响。其中,考虑了采用金属自由电子气模型——Drude模型等效金属材料的色散,并采用辅助差分方程(Auxiliary Differential Equation,ADE)进行多物理场求解。
【图文】：

只存在于金属与介质层之间的表面等离子激元，是电面相互作用的结果，对于不同的金属结构，电磁波与之相互作用分布也会不同，从而影响光波聚焦的效果。所以，可以通过改尺寸等因素，实现对光波聚焦成像效果的调控。比如光.束.整.形、效.应等，，都是具有很大应用前景的研究方向。质结构波导表面等离子激元在不同亚波长金属口径孔径结构中传播的相速这一特点，汪国平教授等人对金属异质狭缝波导进行了多方面的以分为以下四个部分：、金属异质结构波导的聚焦特性图 1-1 所示的铝和银组成的异质结构中，利用光波与金属介质的表面等离子激元，能够实现将光聚焦在 的范围内耦合效率[13]。

体上可以分为以下四个部分：(1)、金属异质结构波导的聚焦特性在如图 1-1 所示的铝和银组成的异质结构中，利用光波与金属介质的耦产生的表面等离子激元，能够实现将光聚焦在 的范围内，并％的耦合效率[13]。图 1-1 金属异质结构波导的结构与聚焦特性投射谱[13](2)、金属异质结构布拉格反射器如图 1-2 所示，利用金属铝和银组成的异质波导结构实现布拉格反射器[14Nlrmaoizednteisityy(nm)
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN25

【参考文献】

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1 王立;;时域有限差分法仿真二维电磁波传播[J];舰船科学技术;2011年02期

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2 翟翔;金属—介质—金属结构中表面等离子特性研究及器件设计[D];湖南大学;2013年

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1 周峰;THz波段二维渐变型光子晶体谐振腔的研究[D];南京邮电大学;2011年

2 高艳;一维光子晶体传输特性的研究[D];曲阜师范大学;2007年

本文编号：2627005