納米尺度光波導(dǎo)器件設(shè)計及光學(xué)特性研究.pdf

1、隨著納米加工技術(shù)、納米材料制備技術(shù)以及近場光學(xué)表征手段的豐富和逐步完善，納米光子器件研究成為納米科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的熱點。與宏觀光學(xué)技術(shù)的光子器件相比較，納米光子器件在尺寸和空間距離上越來越小，甚至突破傳統(tǒng)光學(xué)衍射極限的限制，在光信號的傳輸機制、場局域和增強特性、調(diào)控方式、非線性效應(yīng)、光學(xué)作用力等方面具有顯著區(qū)別，表現(xiàn)出眾多新現(xiàn)象、新功能和新應(yīng)用。表面等離子激元波導(dǎo)利用金屬等離子激元效應(yīng)傳遞光信號，是近年來被廣泛關(guān)注的一種納米光波導(dǎo)。由于表

2、面等離子激元波導(dǎo)可實現(xiàn)光信號在納米尺度的傳輸，極大地提高了光學(xué)器件的集成度。同時，利用金屬材料實現(xiàn)的表面等離子激元波導(dǎo)，不僅能夠傳輸光信號，還可傳輸電信號，使未來實現(xiàn)光電混合系統(tǒng)成為可能。這些新穎的光學(xué)特性，使得基于表面等離子激元效應(yīng)的光波導(dǎo)器件具有重要的科學(xué)研究意義。
　　 本論文的研究目的在于探索研究基于表面等離子激元效應(yīng)的納米光波導(dǎo)的傳輸機理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、光學(xué)模式特性研究，在此基礎(chǔ)上，研究基于納米光波導(dǎo)的光學(xué)功能器件的光學(xué)傳

3、輸性能、調(diào)制方法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。同時，探索新概念、新結(jié)構(gòu)、新工藝的納米光波導(dǎo)器件的制備方法、光學(xué)特性和相關(guān)應(yīng)用。
　　 本論文首先從納米尺度光波導(dǎo)基本概念及分類、納米尺度光波導(dǎo)器件制備技術(shù)和納米尺度光波導(dǎo)器件的功能特性等幾個方面概述了納米光波導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展情況、關(guān)鍵技術(shù)問題和應(yīng)用方向，隨后介紹了論文在光波導(dǎo)器件理論研究、數(shù)值仿真和實驗制備測試方面的研究工作。
　　 具體研究工作包括以下幾個方面:
　　 (1)設(shè)計了一

4、種“半導(dǎo)體-絕緣體-金屬”條載結(jié)構(gòu)的深度亞波長光波導(dǎo)。研究了這種納米波導(dǎo)的模式特性、色散特性、傳輸損耗以及光強密度等基本波導(dǎo)特性，同時，結(jié)合理論計算和三維數(shù)值仿真，研究了波導(dǎo)耦合特性、彎曲傳輸特性和諧振特性，得到了相應(yīng)光學(xué)功能器件的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
　　 (2)研究了金屬材料的熱光特性，進而得到表面等離子激元波導(dǎo)模式熱光系數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計了基于熱光效應(yīng)調(diào)制的表面等離子激元波導(dǎo)諧振腔濾波器，研究了其濾波特性、調(diào)諧靈敏度、頻移特性等

5、性能;設(shè)計了一種新型的高靈敏度可調(diào)諧納米波導(dǎo)雙環(huán)諧振腔。
　　 (3)結(jié)合理論和實驗，研究利用化學(xué)方法合成的先進納米材料研制的表面等離子激元波導(dǎo)器件的光學(xué)特性。提出了基于氧化鋅納米線和納米管結(jié)構(gòu)的表面等離子激元波導(dǎo)，并研究了其模式傳輸特性和熱光特性;提出一種基于銀納米旗結(jié)構(gòu)的納米波導(dǎo)天線，研究了其光學(xué)諧振和偏振特性;實驗研究了樹枝狀納米線、納米網(wǎng)波導(dǎo)的制備方法，并研究了其寬帶光譜特性和光局域增強特性。
　　 (4)實驗研