基于纳米狭缝的长程表面等离激元定向耦合器的研究

发布时间：2017-10-18 21:13

  本文关键词：基于纳米狭缝的长程表面等离激元定向耦合器的研究

  更多相关文章： 纳米光子学 长程表面等离激元 定向耦合器 纳米狭缝

【摘要】：表面等离激元光子学中一个重要的研究课题就是将自由空间的光耦合成表面等离激元(SPP)。通常采用透明棱镜、金属光栅结构来实现光子和SPP之间的动量匹配。显然,这些结构太大,很难应用于高度集成的光子电路和等离子器件中。实验证明,许多纳米结构,如纳米狭缝、纳米凹槽、类屋脊结构、纳米天线等,不仅能有效地将自由空间的光耦合成SPP,还能控制产生SPP的传播方向。对比无限大金属表面的SPP,长程表面等离激元(LRSPP)在损耗金属中的色散较弱,损耗小,传播距离更长。因此低损耗的LRSPP的定向耦合有着更加广泛的需求。本文首先介绍了SPP的研究背景及其在生物化学传感器、光存储、光波导方面的应用,接着主要调研了基于不同纳米结构的SPP定向耦合器的发展现状。第二章主要分析了SPP的色散关系和传播特性,重点介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理,包括Yee网格、数值稳定条件、吸收边界条件等。第三章回顾了LRSPP的发展历史,介绍了LRSPP和短程SPP (SRSPP)的基本原理,并对比了它们的光学性质,接着由Durde模型出发,介绍了几种常见SPP的激发方式。第四章,为了实现稳健的LRSPP的定向耦合和满足宽带宽等离子光路的需求,我们提出了一种新型的可见光波段的宽带宽的基于纳米狭缝的定向IRSPP耦合器。通过调节入射光的角度,就能控制产生的LRSPP的传播方向。为了更好地发挥LRSPP定向耦合器的性能,首先分析了耦合器中存在的SPP模式,接着使用有限元仿真方法,系统研究了定向耦合器中的LRSPP模场分布,以及不同入射角情况下,结构参数对耦合器的消光比、有效角宽度的影响。最后通过优化结构参数,获得LRSPP定向耦合器的最大消光比高达28dB,有效带宽为170nm,有效角宽度为300。我们所提出的LRSPP定向耦合器在等离子器件、高度集成等离子光路、光开光方面具有很大的应用前景。
【关键词】：纳米光子学 长程表面等离激元 定向耦合器 纳米狭缝
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG111;TP212
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 SPP的应用10-12
• 1.2.1 生物传感器方面的应用10-11
• 1.2.2 光存储方面的应用11-12
• 1.3 定向SPP耦合器的研究现状12-16
• 1.3.1 基于单个狭缝的SPP定向耦合器12-13
• 1.3.2 基于两个狭缝(凹槽)的定向SPP耦合器13-15
• 1.3.3 其他定向SPP耦合器15-16
• 1.4 本论文的创新点和章节安排16-19
• 2 SPP的基本理论19-31
• 2.1 Drude模型19-20
• 2.2 金属-电介质面SPP的传播特性20-26
• 2.2.1 传播波和倏逝波的性质20-22
• 2.2.2 SPP简介22-23
• 2.2.3 半无限大金属-电介质面SPP的基本性质23-26
• 2.3 时域有限差分算法的基本原理26-29
• 2.3.1 Yee网格26-28
• 2.3.2 数值稳定性条件28-29
• 2.3.3 吸收边界条件29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 长程SPP传播特性的研究31-43
• 3.1 长程SPP的发展史31-33
• 3.2 长程SPP的传播特性33-38
• 3.2.1 LRSPP、SRSPP34-36
• 3.2.2 LRSPP的光学性质36-38
• 3.3 SPP的激发方式38-41
• 3.3.1 衍射补偿法39-40
• 3.3.2 衰减全反射法40-41
• 3.3.3 近场激发41
• 3.4 本章小结41-43
• 4 基于纳米狭缝的LRSPP定向耦合器的设计、分析43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 定向LRSPP耦合器的模式特性研究44-47
• 4.2.1 基于纳米狭缝的定向LRSPP耦合器的结构设计44
• 4.2.2 定向LRSPP耦合器中的模式分析44-47
• 4.3 LRSPP耦合器定向耦合特性的研究47-53
• 4.3.1 LRSPP定向耦合器的耦合性能分析47-50
• 4.3.2 LRSPP定向耦合器的结构参数的影响50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 总结与展望55-57
• 参考文献57-63
• 附录63
• 作者简介63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨淑英;安俊明;李俊一;;基于硅基定向耦合器的单纤三向器设计[J];材料科学与工程学报;2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 覃光荣;;用定向耦合器的调配法[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年

2 高强;袁乃昌;;宽带定向耦合器的设计[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年

3 陈忆元;李嗣范;;3mm波段鳍线定向耦合器[A];1989年全国微波会议论文集（上）[C];1989年

4 蒋晓红;徐金平;李嗣范;;八毫米脊形窄壁耦合定向耦合器[A];1989年全国微波会议论文集（上）[C];1989年

5 廖敏;;选择定向耦合器设计方法的简单准则[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];1999年

6 顾瑞龙;周希朗;鲍军;李文祥;;宽频带(10个倍频程)非线性定向耦合器的设计[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年

7 陈忆元;李嗣范;;毫米波鳍线定向耦合器[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年

8 张婷;傅德民;田立卿;;一种高方向性宽频带定向耦合器的研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

9 康小克;徐军;;E面缝隙波导定向耦合器的研究[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

10 詹志强;刘国庆;;介质孔波导定向耦合器[A];1987年全国微波会议论文集（中）[C];1987年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 浙江 钱大军;改定向耦合器为二分配器[N];电子报;2002年

2 山东 郎筠;哈里斯10kW调频发射机功率分配与合成(下)[N];电子报;2011年

3 冯卫东;科学家制造出世界最小光开关[N];科技日报;2008年

4 山东蒙山转播台 朱光;调频三工器的工作原理[N];电子报;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张大伟;宽带高平坦度高方向度定向耦合器的设计研究[D];电子科技大学;2011年

2 孟欢欢;3mm定向耦合器及其测试系统的研究[D];电子科技大学;2013年

3 金辉;小型化宽带高方向性定向耦合器研究[D];电子科技大学;2013年

4 詹洁琼;应用于模分复用的聚合物光波导非对称定向耦合器研究[D];电子科技大学;2015年

5 王晓平;新型双频带Butler矩阵研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 严嘉斌;小型化大功率波导定向耦合器的研究与设计[D];电子科技大学;2015年

7 周宪华;高功率回旋管准光模式变换器及宽带定向耦合器的研究[D];电子科技大学;2014年

8 陈娜;紧凑型波导定向耦合器的研究[D];电子科技大学;2014年

9 郑鑫;复合电桥的研究与设计[D];电子科技大学;2015年

10 陈诚;紧凑型高方向性矩形波导定向耦合器的研究[D];电子科技大学;2015年

，

本文编号：1057172