新型混合介质加载长程表面等离子激元波异传输特性研究

发布时间：2017-04-10 09:23

  本文关键词：新型混合介质加载长程表面等离子激元波异传输特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,光子集成器件的发展受到越来越多人的关注,而作为构成光子集成器件的基础-光子回路自然成了该领域的研究热点。表面等离子激元是一种存在于金属与介质交界面上的电磁波模式,它是光子与金属表面的自由电子相互作用的结果。表面等离子激元这种电磁波模式在垂直于金属-介质交界面方向上拥有很强的模场限制能力。不仅如此,它还能够突破衍射极限的限制,使之可以被约束在十几纳米的微小范围内,因此,基于该技术的表面等离子体激元波导非常适合应用于制造高集成度光子集成器件中的光子回路。本文在总结了传统的介质加载表面等离子体激元波导以及I-M-I结构波导特性的基础上,提出了一种兼顾两种波导优势的新型混合介质加载长程表面等离子激元波导,并在此基础上对波导结构进行优化,将通信科学中常见的升余弦结构引入到波导结构中。在通信波长1550nm条件下,运用基于有限元法的数值仿真软件分析了该新型波导结构的场分布、传播长度、归一化模式面积、品质因数以及耦合长度。通过分析,发现相对于传统的介质加载表面等离子激元波导以及I-M-I结构波导,文中提出的新型波导不仅拥有很强的模场限制能力,而且传播长度更长。此外,通过改变波导中低折射率介质层的滚降因子来改变波导的形状,发现这种新型波导的各项性能变化不大,尤其当滚降因子位于0.02至0.2之间时,波导的性能几乎没有发生改变。这说明在此区间加工误差对于这种新型波导性能的影响很小。因此,该新型混合介质加载长程表面等离子体激元波导具有良好的应用前景。
【关键词】：集成光学 混合介质加载长程表面等离子激元波导 升余弦结构 有限元法 加工误差
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 表面等离子激元技术发展史9-10
• 1.3 表面等离子激元技术的研究现状及其应用10-13
• 1.3.1 表面等离子激元技术的研究现状10-11
• 1.3.2 表面等离子激元技术的应用11-13
• 1.4 表面等离子激元技术的发展方向与挑战13-14
• 1.5 论文总体结构及内容14-15
• 第二章 表面等离子激元的基本原理15-22
• 2.1 金属的光学性质15-16
• 2.2 金属与介质交界面上的电磁波16-20
• 2.2.1 表面等离子极化波的性质16-19
• 2.2.2 表面等离子极化波的色散曲线19-20
• 2.3 表面等离子极化波的激发方式20-21
• 2.3.1 棱镜结构20-21
• 2.3.2 探针激发21
• 2.3.3 衍射激发21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 表面等离子激元波导的各项性能参数22-26
• 3.1 传播常数及传播长度22
• 3.2 模场限制22-23
• 3.3 品质因数23-24
• 3.4 耦合长度24-25
• 3.5 计算方法25
• 3.6 本章小结25-26
• 第四章 新型混合介质加载长程表面等离子激元波导的提出及其传输特性研究26-34
• 4.1 介质加载表面等离子激元波导的发展历史26-27
• 4.1.1 早期的介质加载表面等离子激元波导26
• 4.1.2 对称加载表面等离子激元波导26-27
• 4.2 新型混合介质加载长程表面等离子激元波导的提出27-28
• 4.3 新型混合介质加载长程表面等离子激元波导的传输特性研究28-33
• 4.3.1 归一化传播常数29-31
• 4.3.2 传播长度31-32
• 4.3.3 归一化模式面积32
• 4.3.4 品质因数32-33
• 4.4 本章小结33-34
• 第五章 新型混合介质加载长程表面等离子激元波导的优化及其传输特性研究34-45
• 5.1 新型混合介质加载长程表面等离子激元波导的优化34-36
• 5.2 优化后新型混合介质加载长程表面等离子激元波导传输特性研究36-44
• 5.2.1 归一化传播常数36-37
• 5.2.2 传播长度37-38
• 5.2.3 归一化模式面积38-39
• 5.2.4 品质因数39-40
• 5.2.5 耦合长度40-44
• 5.3 误差分析44
• 5.4 本章小结44-45
• 第六章 结论与展望45-47
• 6.1 主要结论45
• 6.2 展望45-47
• 参考文献47-50
• 在学期间的研究成果50-51
• 致谢51

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈秉乾;王稼军;程福臻;;Drude的金属经典电子论(1900)与超导体的London方程(1935)[J];大学物理;2007年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 赵宏;介质加载表面等离子体极化波导传输特性研究[D];兰州大学;2012年

2 孙海丽;对称混合长程表面等离子体激元波导传输特性研究[D];兰州大学;2014年

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本文编号：296417