双层半圆介质加载表面等离子激元波导传输特性研究

发布时间：2017-05-12 00:13

  本文关键词：双层半圆介质加载表面等离子激元波导传输特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：集成光学作为一个新兴科技领域已经有很长一段时间。从科学和技术角度来看,其研究目标主要是研究有特定性质的薄膜结构用以制作新的器件,同时研究由于薄膜内强场聚集导致的效应,因此集成光学对系统密度有较高的要求。表面等离子激元具有突破亚波长衍射极限的能力,进而能够将电磁场的能量束缚在纳米范围,而且通过改变金属表面的几何结构就能对入射光的传播进行约束和操控。基于表面等离子激元的各种纳米光子器件也是迄今为止最有希望实现纳米集成光网络的技术基础。表面等离子激元波导能够实现亚波长级的光传输以及光场约束,如何在将场很好地控制在垂直于传播方向的横截面中的同时又能保持相对较低的传输损耗是目前研究的首要任务。本文提出了一种双层半圆介质加载表面等离子激元波导新结构,并利用有限元方法对该新型波导结构在工作波长1550nm下的传输特性进行了数值仿真分析和优化,得到了波导传播特性的主要参数。结果表明,在波导总面积保持不变的情形下,当双层半圆介质的折射率分别取为n1=1.4和n2=1.473时,波导的传播特性将达到最佳;在此折射率参数基础上,同时发现波导的内外介质半径比r1/r2=0.5时,波导的传播长度最大、衰减系数最小并且模式面积和品质因数的取值都非常理想,可以获得最优的波导传输效果。此新型波导结构的研究结果对于设计高密度的光子集成回路具有一定的参考和应用价值。
【关键词】：表面等离子激元波导 双层半圆介质加载 传播长度 归一化模式面积 品质因数
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN252
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 引言6-16
• 1.1 研究背景6-8
• 1.2 表面等离子激元波导的研究进展8-11
• 1.2.1 表面等离子激元技术的发展史8-10
• 1.2.2 国内外研究动态10-11
• 1.3 表面等离子激元技术的应用11-13
• 1.3.1 表面等离子激元光波导11
• 1.3.2 SPPs纳米光刻技术11-12
• 1.3.3 SPR传感器12
• 1.3.4 新型光源和能源12-13
• 1.3.5 光存储13
• 1.4 表面等离子激元技术的发展方向13-14
• 1.5 论文结构14-16
• 第二章 表面等离子激元的理论基础16-25
• 2.1 金属的光学特性16-18
• 2.1.1 金属的光学参数16-17
• 2.1.2 Drude模型17-18
• 2.2 表面等离子激元18-25
• 2.2.1 表面等离子激元的性质18-19
• 2.2.2 表面等离子激元的激发方式19-21
• 2.2.3 表面等离子激元的色散21-25
• 第三章 表面等离子激元波导的基本特性25-31
• 3.1 几种不同的表面等离子激元波导25-26
• 3.2 衡量表面等离子激元波导传输特性的几个物理量26-28
• 3.2.1 模式有效折射率与传播长度26-27
• 3.2.2 模式面积27
• 3.2.3 品质因数27-28
• 3.3 IMI波导28-31
• 3.3.1 研究方法28
• 3.3.2 IMI波导的分析28-31
• 第四章 半圆介质加载表面等离子激元波导传输特性分析31-46
• 4.1 半圆介质加载的表面等离子激元波导基本结构31-35
• 4.1.1 传播长度32-33
• 4.1.2 归一化模式面积33
• 4.1.3 品质因数33-34
• 4.1.4 模式有效折射率34-35
• 4.1.5 三种波导结构的对比35
• 4.2 双层半圆介质加载表面等离子激元波导结构的性能优化分析35-46
• 4.2.1 折射率取值优化35-39
• 4.2.2 半径比参数优化39-42
• 4.2.3 优化结果分析42-46
• 第五章 研究结论与展望46-48
• 5.1 主要结论46
• 5.2 展望46-48
• 参考文献48-52
• 在学期间的研究成果52-53
• 致谢53

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本文编号：358380