纳米波导的耦合及纳米天线光学特性的研究
发布时间：2021-10-28 10:46
近年来随着制作工艺的进步,人们可以制作出微纳米量级的光学器件。一些基于表面等离子体激元和局域表面等离子体的金属纳米结构（主要是纳米光学天线）具有突破衍射极限的能力。通过使电磁辐射集中到亚波长尺度以产生极强且高度局部化的电磁场（称之为热点）,引起了众多科研工作者的关注,并试图探索这种现象的潜在应用。这种光学性质为研究者们提供了一种可以在纳米尺寸内操纵光的方法,并且该方法仅仅受到金属纳米结构自身的形状、尺寸、材料以及周围介质的影响。然而,目前实验室在研究这类纳米结构的光学性质时,通常使用复杂昂贵的光路系统,限制了这些光子器件的进一步应用。本文基于耦合模理论、金属表面等离子体理论以及传输线阻抗匹配理论,首先设计了一种由二氧化硅基板、锥形纳米光纤、条形单模波导以及连接器四个部分组成的集成光子平台的设计方案,其中连接器是整个集成光子平台的核心部件。连接器能够将纳米锥形光纤与单模波导实现高精度的对准连接,并将光纤固定在基板上,实现了光纤与波导之间的高效耦合（耦合效率高达96%）,同时也证明了连接器可以有效防止背景辐射穿透到光路中。之后深入研究了集成在光子平台顶部的普通和改进型蝴蝶结孔径天线的光学特...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长程等离子体波导示意图
浙江工业大学硕士学位论文4物镜。图1-2是一些常见的金属光学纳米天线。图1-2光学纳米天线示意图Figure1-2.Schematicdiagramofopticalnanoantenna从图1-2中可以发现，在研究金属纳米光学天线时，除了根据天线的形状进行分类之外，也可以根据激发方式进行分类。其中图1-2（a）是利用自由空间的
?00nm200nm，两者之间的横截面积差异接近600倍，可以预见要想实现两者之间的高效耦合是极为困难的。因此科研工作者进行了大量研究，来提高单模光纤到单模波导的耦合效率、增加工作带宽和对准容差。以下列举了几种常见的单模光纤与单模波导的耦合方法。1.3.1棱镜耦合器棱镜耦合法[44]是利用高折射率材料制成的棱镜，实现入射光波与光波导的导波模式之间的耦合，从而激励起光波导中导波模式的一种方法。上世纪70年代初，有研究者们[45,46]曾对棱镜激发波导模式的问题做过比较完善的理论和实验研究。棱镜耦合器的结构如图1-3所示，通过夹具将高折射率材料制成的棱镜压在波导上，棱镜底部与波导表面之间存在着一条极窄的空气间隙，这样便构成了最简单的棱镜-波导耦合器。该耦合方式可满足输入输出的需求。图1-3棱镜耦合器示意图Figure1-3.Schematicdiagramofprismcoupler
【参考文献】：
期刊论文
[1]Silicon and silicon nitride photonic circuits for spectroscopic sensing on-a-chip [Invited][J]. Ananth Z.Subramanian,Eva Ryckeboer,Ashim Dhakal,Frédéric Peyskens,Aditya Malik,Bart Kuyken,Haolan Zhao,Shibnath Pathak,Alfonso Ruocco,Andreas De Groote,Pieter Wuytens,Daan Martens,Francois Leo,Weiqiang Xie,Utsav Deepak Dave,Muhammad Muneeb,Pol Van Dorpe,Joris Van Campenhout,Wim Bogaerts,Peter Bienstman,Nicolas Le Thomas,Dries Van Thourhout,Zeger Hens,Gunther Roelkens,Roel Baets. Photonics Research. 2015(05)
本文编号：3462710
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长程等离子体波导示意图
浙江工业大学硕士学位论文4物镜。图1-2是一些常见的金属光学纳米天线。图1-2光学纳米天线示意图Figure1-2.Schematicdiagramofopticalnanoantenna从图1-2中可以发现，在研究金属纳米光学天线时，除了根据天线的形状进行分类之外，也可以根据激发方式进行分类。其中图1-2（a）是利用自由空间的
?00nm200nm，两者之间的横截面积差异接近600倍，可以预见要想实现两者之间的高效耦合是极为困难的。因此科研工作者进行了大量研究，来提高单模光纤到单模波导的耦合效率、增加工作带宽和对准容差。以下列举了几种常见的单模光纤与单模波导的耦合方法。1.3.1棱镜耦合器棱镜耦合法[44]是利用高折射率材料制成的棱镜，实现入射光波与光波导的导波模式之间的耦合，从而激励起光波导中导波模式的一种方法。上世纪70年代初，有研究者们[45,46]曾对棱镜激发波导模式的问题做过比较完善的理论和实验研究。棱镜耦合器的结构如图1-3所示，通过夹具将高折射率材料制成的棱镜压在波导上，棱镜底部与波导表面之间存在着一条极窄的空气间隙，这样便构成了最简单的棱镜-波导耦合器。该耦合方式可满足输入输出的需求。图1-3棱镜耦合器示意图Figure1-3.Schematicdiagramofprismcoupler
【参考文献】：
期刊论文
[1]Silicon and silicon nitride photonic circuits for spectroscopic sensing on-a-chip [Invited][J]. Ananth Z.Subramanian,Eva Ryckeboer,Ashim Dhakal,Frédéric Peyskens,Aditya Malik,Bart Kuyken,Haolan Zhao,Shibnath Pathak,Alfonso Ruocco,Andreas De Groote,Pieter Wuytens,Daan Martens,Francois Leo,Weiqiang Xie,Utsav Deepak Dave,Muhammad Muneeb,Pol Van Dorpe,Joris Van Campenhout,Wim Bogaerts,Peter Bienstman,Nicolas Le Thomas,Dries Van Thourhout,Zeger Hens,Gunther Roelkens,Roel Baets. Photonics Research. 2015(05)
本文编号：3462710
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