当前位置:主页 > 科技论文 > 网络通信论文 >

基于表面等离子体激元的微纳波导的光控研究

发布时间:2018-04-22 07:01

  本文选题:表面等离子体 + 波导 ; 参考:《大连理工大学》2014年博士论文


【摘要】:为满足高速和高密度信息技术的需求,近年来,基于表面等离子体激元的纳米光子器件的研究呈现出迅猛发展的态势,利用其对光波在亚波长尺寸上进行操纵与控制已经成为国际上的研究热点问题之一。表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是在外加电磁场的诱导下,沿着介电常数符号相反的两种介质分界面传输的一种电磁表面波,其突出特点之一是能够打破传统光学器件波长衍射极限的限制,将电磁能量聚集在纳米尺度范围内,并且在金属内部具有极短的穿透深度(纳米级)。由于SPPs的亚波长局域、近场增强等特性,在纳米光子学中发挥着重要作用。目前世界上多个研究小组利用SPPs原理提出并在理论和实验上证明了金属-介质-金属(MIM)型波导结构具有超强的纳米光局域能力,并且在可见光区域内传输损耗低,制造容易,更适合高密度集成。 本文主要利用离散偶极近似和时域有限差分这两种理论计算的方法研究微纳尺度的MIM功能型波导以及纳米天线,主要工作包括以下四个方面: 一、提出了一种新型的腔体-通道波导结构,理论上证明了光路在微纳波导中的多次90。弯折。结构中,腔体内部引入的超薄金属膜作为光吸收装置,将更多的入射光能量耦合进入系统内部;通道部分作为导波系统把光传导出来。波导出口的位置及出口数量与光的传播或截止关系也作了详细地分析与阐述。该工作为微纳米尺度的光控提供了一种新的方法并且有望应用于光电器件的小型化。(第三章) 二、提出了一种光传播方向控制型波导--内嵌圆孔阵列的双层银膜波导结构。模拟结果显示:若圆孔阵列倾斜,在膜间距缩小到10nm时,该结构具有超高的方向选择性,且在结构共振时可有效地控制光传播方向;若圆孔阵列垂直双层膜,光波能够局域在截面积为10x20nm2的狭窄区域内有效地传播。此工作为亚波长尺寸的光传播方向控制与光压缩器件设计提供了新的方法。(第四章) 三、在近场纳米光刻掩模板的理论模型基础上,增加了凹槽结构,并对凹槽的参数及位置做了优化并深入讨论其物理机制,成功地将通道光刻的分辨率提高了3倍。加入凹槽改变了光刻通道出口处的表面等离子体激元波的相位分布,因此优化凹槽的参数可以达到有效地消除相邻通道之间干涉的目的,进而缩短通道之间的距离,提高掩模板的光刻分辨率。该改进后的结构可用于大面积高分辨率的光刻。(第五章) 四、对蝴蝶结纳米天线的光学特性进行了理论分析,将各个参数(张角、狭缝、顶端宽度、臂长和厚度)对电场增强因子以及共振波长的影响进行了详细地分析讨论,并对比偶极天线的情况,探究其中的物理机制。该计算结果及所得出的结论为今后进行表面增强拉曼散射研究等实验上设计合适的蝴蝶结天线具有指导意义。(第六章)
[Abstract]:In order to meet the needs of high speed and high density information technology, the research of nano-photonic devices based on surface plasmon has been developing rapidly in recent years. It has become one of the hot issues in the world to manipulate and control the subwavelength size of light waves. Surface Plasmon Polaritons, SPPsO, is an electromagnetic surface wave propagating along the interface of two dielectric media with opposite dielectric constant under the induction of an external electromagnetic field. One of its outstanding characteristics is that it can break through the limit of wavelength diffraction of traditional optical devices, gather electromagnetic energy in the nanoscale range, and have a very short penetration depth (nanoscale) in the metal. SPPs plays an important role in nanometer photonics due to its subwavelength localization and near field enhancement. At present, many research groups in the world have proposed and proved theoretically and experimentally that the metal-dielectric-metal Mimm waveguide structure has super local ability of nanometer light, and the transmission loss in visible region is low, so it is easy to manufacture. More suitable for high density integration. In this paper, MIM functional waveguides and nanoscale antennas are studied by using discrete dipole approximation and finite-difference time-domain (FDTD) methods. The main work includes the following four aspects: Firstly, a novel cave-channel waveguide structure is proposed. Bend. In the structure, the ultra-thin metal film introduced in the cavity is used as the optical absorption device, and more incident light energy is coupled into the system, while the channel part acts as the guided wave system to transmit the light out. The relationship between the position and the number of the waveguide outlet and the propagation or cut-off of light is also analyzed and explained in detail. This work provides a new method for micro-and nano-scale optical control and is expected to be applied to the miniaturization of optoelectronic devices. (chapter III) Secondly, a double-layer silver film waveguide structure with a circular hole array embedded in the waveguide is proposed. The simulation results show that if the circular aperture array tilts and the membrane spacing is reduced to 10nm, the structure has ultra-high directional selectivity and can effectively control the direction of light propagation when the structure resonates; if the circular aperture array is perpendicular to the bilayer film, Light waves can propagate locally in a narrow area with a cross-sectional area of 10x20nm2. This work provides a new method for the control of optical propagation direction and the design of optical compression devices with sub-wavelength size. (chapter IV) Thirdly, based on the theoretical model of near-field nanocrystalline lithography, the groove structure is added, and the parameters and position of the grooves are optimized and its physical mechanism is discussed. The resolution of channel lithography is improved by three times successfully. Adding grooves changes the phase distribution of surface plasmon waves at the exit of lithography channels, so optimizing the parameters of grooves can effectively eliminate the interference between adjacent channels and thus shorten the distance between channels. Improve lithography resolution of mask. The improved structure can be used for large area high resolution lithography. (chapter V) Fourthly, the optical characteristics of the bow nanowire antenna are theoretically analyzed, and the effects of various parameters (angle, slit, top width, arm length and thickness) on the electric field enhancement factor and resonance wavelength are analyzed and discussed in detail. The physical mechanism of the dipole antenna is discussed. The calculated results and the conclusions obtained are of guiding significance for the design of suitable bow-knot antennas in future experiments such as surface enhanced Raman scattering. (chapter VI)
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN814

【共引文献】

相关期刊论文 前4条

1 黄值河;侯静;彭杨;李志鸿;奚小明;陈金宝;;基于超连续谱的光子晶体光纤表面等离子体效应[J];强激光与粒子束;2011年01期

2 张玉萍;吴志心;张洪艳;徐世林;张晓;刘陵玉;张会云;;Enhancement of surface plasmon polariton on graphene excited by four-wave mixing[J];Optoelectronics Letters;2013年06期

3 欧满琳;邓生平;贾志君;;表面增强红外光谱的研究进展[J];凯里学院学报;2013年06期

4 汪海波;杨泽;莫秋华;;基于表面等离子共振的适配体传感器应用研究进展[J];生物技术通讯;2015年01期

相关会议论文 前5条

1 杜艳;梁大开;曾捷;;表面等离子体波传感器波长调制理论研究[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年

2 申宁馨;彭承琳;;多通道表面等离子体子共振传感器的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年

3 史坚;曹庄琪;沈启舜;;用衰减全反射方法对微小位移进行实时测量[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

4 张勇;任斌;田中群;;铂纳米立方体的合成与SERS活性研究[A];第十三届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2005年

5 童廉明;朱涛;刘忠范;;金纳米粒子线状阵列SERS效应的激光偏振依赖性[A];第十三届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2005年

相关博士学位论文 前10条

1 燕保荣;电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究[D];华中科技大学;2010年

2 邵伟伟;光折变表面波及其在表面等离子体激元长程传播中的应用[D];南开大学;2010年

3 沈云;微纳结构光学微腔中的光学双稳与耦合慢光传输[D];武汉大学;2009年

4 王丽英;纳米材料在表面等离子体共振传感器中的应用[D];吉林大学;2011年

5 李旭峰;表面等离子体激元在近场光刻及微纳波导中应用的初步理论研究[D];大连理工大学;2011年

6 熊学辉;平面光栅阵列纳米尺度光子控制及其应用技术研究[D];华中科技大学;2011年

7 高洪营;扫描隧道显微镜诱导的金属表面有机分子多层膜发光研究[D];中国科学技术大学;2011年

8 刘志锋;亚波长孔阵列的异常光学、声学透射[D];南京大学;2011年

9 时雪钊;几种纳米材料的电化学法及液相法制备、分析与表征[D];兰州大学;2011年

10 谢素霞;亚波长周期结构的超强光透射及其调控的研究[D];中南大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 曲丽洁;用于动物性食品中莱克多巴胺快速检测的SPR技术研究[D];华中农业大学;2010年

2 李青;微型PDMS SPR传感器研究[D];长春理工大学;2010年

3 李奇林;全自动多通道SPR检测仪器的设计与实现[D];浙江大学;2011年

4 柯智慧;表面等离子体聚焦调制及增强太阳能电池吸收研究[D];电子科技大学;2011年

5 任常瑞;表面等离激元增强氮化硅基MIS器件的电致发光[D];浙江大学;2011年

6 姚元元;表面等离子体共振用于磺胺甲VA唑与血清白蛋白作用研究[D];山东农业大学;2011年

7 魏传平;乙酰甲胺膦和吲哚乙酸分子印迹SPR传感器制备及分析应用[D];山东农业大学;2011年

8 杜杉;超薄表面等离子共振传感器设计与表面等离子波导耦合的研究[D];北京交通大学;2011年

9 董广才;基于光子晶体辅助的锥形结构表面等离子体激元的研究[D];吉林大学;2011年

10 李博;光纤SPR传感器结构设计以及应用[D];北京邮电大学;2011年



本文编号:1786092

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/1786092.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d3868***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com