基于表面等离子激元的方形凹环结构微纳光学功能器件的设计

发布时间：2023-03-21 19:07

　　随着现代通信技术的飞速发展,虽然光作为传递载体在高速大容量信息传输方面取得了很大的进步,但是传统光子器件由于衍射极限的存在使其在性能和尺寸方面都已不能满足当下人们对信息高速传输的需求。表面等离子激元(SPPs)是一种在金属与介质交界面上传播的电磁表面波,它具有能够突破传统光学衍射极限以及强局域性的特点,可以引导和操控光在亚波长级别的传播。在常见的SPPs三层结构中,金属-介质-金属(MIM)结构不仅可以在纳米级别实现光的操控和传播,还可以在宽频谱范围内支持亚波长的高群速模式。本文基于表面等离子激元,利用边界耦合方法构造出了方形凹环MIM波导结构来实现微纳光学功能器件的设计,使用基于有限元(FEM)方法的COMSOL数值分析软件计算获得了波导结构的磁场分布、透射谱和共振波长分布曲线。对于所构造的方形凹环腔结构,其阻带最小透射比低至0.01,通带最大透射比可高达0.96,且通带顶部平滑,结果表明该结构可作为性能优良的带阻滤波器。研究发现,增大结构参数I、H会使其透射谱线出现明显的红移,且不同模式的阻带透射比也会随之改变;增大结构参数D可使波谷1的透射率增加至0.80,且最终消失,而波谷2、...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 表面等离子激元的提出和发展
    1.2 表面等离子激元的研究现状和应用
        1.2.1 表面等离子体光学开关
        1.2.2 生物检测
        1.2.3 纳米激光器
    1.3 法诺共振
    1.4 论文的主要工作及章节安排
第二章 表面等离子激元的基本理论
    2.1 Drude自由电子气模型
    2.2 表面等离子激元的模式描述
    2.3 单层分界面上的表面等离子激元色散关系
    2.4 多层分界面上的表面等离子激元色散关系
    2.5 激发方式
        2.5.1 棱镜激发
        2.5.2 强聚焦光束激发
        2.5.3 近场激发
    2.6 仿真计算方法
    2.7 制备技术
    2.8 小结
第三章 方形凹环结构MIM带阻滤波器设计与优化
    3.1 方形凹环腔结构的提出
    3.2 原理以及滤波器结构
    3.3 仿真结果和传输特性分析
        3.3.1 仿真结果
        3.3.2 传输特性分析
    3.4 结构参数变化的影响
        3.4.1 结构参数I的变化
        3.4.2 结构参数D的变化
        3.4.3 结构参数H的变化
        3.4.4 结构参数d的变化
    3.5 凹环变化对传输特性的影响
        3.5.1 凹环口方向变化对传输特性的影响
        3.5.2 凹环口数量变化对传输特性的影响
    3.6 介质折射率变化对传输特性的影响
    3.7 滤波器性能分析
    3.8 小结
第四章 方形凹环拓展结构仿真与传输性能分析
    4.1 两种拓展结构的提出
    4.2 横腔变化模型结构
        4.2.1 模型结构
        4.2.2 仿真结果
        4.2.3 结果分析
        4.2.4 介质折射率变化
    4.3 对应凹口处波导变化模型结构
        4.3.1 模型结构
        4.3.2 仿真结果
        4.3.3 结果分析
        4.3.4 结构参数变化
        4.3.5 介质折射率变化
        4.3.6 法诺共振性能分析
    4.4 小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和专利
致谢



本文编号：3767128