基于SPPs的光束调控器件结构设计与性能分析

发布时间：2017-06-12 19:05

  本文关键词：基于SPPs的光束调控器件结构设计与性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：表面等离子体激元是一种由光子与金属表面的自由电子相互作用而形成的激发态,能实现亚波长结构中的光约束,突破衍射极限的限制,显著缩小光子器件的尺寸,在新型光子器件、高分辨率光学成像、纳米光刻等诸多领域具有广阔的应用前景。本文在表面等离子体激元的理论基础上,研究了基于表面等离子体激元的几种滤波器件,实现了不同波长的带阻滤波功能和金属/介质/金属(MIM)波导的双通道分光系统,完成的主要工作如下:1.根据电磁场理论,对Kretschmann结构中激发表面等离子体激元的几种因素进行了分析。在此基础之上,提出了采用单层金属薄膜的带阻滤波结构,分析了此结构的滤波特性。结果表明通过材料和结构参数的选择,可实现波长(600nm-1800nm)可调的带阻滤波功能。2.对MIM波导中传播的电磁场模式进行了分析,在介质层宽度为50nm的条件下获得了表面等离子体激元的0TM模。根据侧耦合腔的滤波器的理论,分析了结构参数对滤波器的滤波特性的影响,提出了对称矩形腔滤波器和单边双矩形腔滤波器的结构。有限元数值仿真结果表明,这两种结构都能实现波长在700nm-1800nm范围内参数可调的滤波功能。3.设计了一种基于MIM波导的双通道可调分光系统,通过调节耦合腔的长度、宽度、耦合距离等参数,可实现波长选择和光束分离功能。
【关键词】：表面等离子体激元 金属/介质/金属波导 滤波器 有限元法
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景和意义8
• 1.2 国内外研究历史和发展8-9
• 1.3 表面等离子体的应用与研究状况9-12
• 1.4 本文研究目标和内容介绍12-14
• 第二章 表面等离子体基本理论和研究方法14-28
• 2.1 SPPs的基本性质14-21
• 2.1.1 金属的色散模型14-17
• 2.1.2 表面等离子体的色散关系17-19
• 2.1.3 表面等离子体的特征长度19-21
• 2.2 SPPs的激发方式21-24
• 2.2.1 倏逝波理论21-22
• 2.2.2 SPPs的常见激发方式22-24
• 2.3 电磁场数值计算方法24-26
• 2.3.1 时域有限差分法24-25
• 2.3.2 有限元法25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 金属薄膜带阻滤波结构分析28-39
• 3.1 SPPs的ATR方式激发理论28-30
• 3.1.1 激发原理28-29
• 3.1.2 反射谱曲线29-30
• 3.2 ATR结构参数对SPPs的影响30-33
• 3.2.1 介质对SPPs激发的影响30-32
• 3.2.2 金属层厚度对SPPs激发的影响32
• 3.2.3 入射光波长对SPPs激发的影响32-33
• 3.3 基于单层金属薄膜的带阻滤波结构33-38
• 3.3.1 器件结构与参数设置33-34
• 3.3.2 滤波原理与理论分析34
• 3.3.3 数值仿真与结果验证34-36
• 3.3.4 参数对滤波特性的影响分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 基于MIM波导矩形谐振腔滤波器的研究39-59
• 4.1 MIM结构的传播模式39-44
• 4.2 侧耦合谐振腔滤波器44-53
• 4.2.1 结构和参数44
• 4.2.2 滤波器理论分析和预测44-47
• 4.2.3 滤波器的数值仿真47-49
• 4.2.4 参数对滤波器的影响49-53
• 4.3 对称矩形腔滤波器53-55
• 4.4 单边双矩形腔滤波器55-57
• 4.4.1 相同矩形腔长度的结构分析55-56
• 4.4.2 不同矩形腔长度的结构分析56-57
• 4.5 本章小节57-59
• 第五章 基于MIM波导的分光器件结构设计与分析59-62
• 5.1 器件结构设计59-60
• 5.2 数值仿真和分析60-61
• 5.3 本章小节61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 论文工作总结62
• 6.2 研究展望62-64
• 参考文献64-68
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文68-69
• 致谢69

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