兩種新型混合表面等離子體光波導(dǎo)的傳輸特性研究.pdf

1、因?yàn)榕c電子器件相比，光子器件具有微型化、高速度、寬頻帶、高穩(wěn)定性等多重優(yōu)勢，從而促使時(shí)代朝著集成光學(xué)的方向發(fā)展。然而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)光學(xué)器件的尺寸在進(jìn)一步小型化的過程中遇到障礙，難以實(shí)現(xiàn)光子器件在亞波長尺度的高密度集成?；诖?，人們一直進(jìn)行著不斷的嘗試，希望能設(shè)計(jì)出超小型的光子器件。研究發(fā)現(xiàn)表面等離子體波導(dǎo)(SPW)，可以突破衍射極限的限制，使光場束縛在亞波長的尺度，并且可以實(shí)現(xiàn)較長距離的傳輸。因此近些年來，SPW的設(shè)計(jì)與傳輸特

2、性研究逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。SPW對納米光學(xué)和高速集成微型光器件的發(fā)展，具有重要的意義。
　　本論文首先闡述了表面等離子體激元(SPPs)的概念和產(chǎn)生的基本原理，以及表面等離子體光波導(dǎo)的分類和特點(diǎn)，然后簡述了有限元法和COMSOL Multiphysics軟件的使用。接著重點(diǎn)闡述了所設(shè)計(jì)的兩種新型混合表面等離子體光波導(dǎo)，對其基模的傳輸特性進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)設(shè)計(jì)了一種新型同軸多層混合表面

3、等離子體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過改變介質(zhì)層的折射率，會呈現(xiàn)出不同的電磁場模式分布特性和傳輸特性。模擬仿真結(jié)果表明，電磁基模場主要束縛在低折射率的介質(zhì)區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，工作波長和波導(dǎo)幾何參數(shù)對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的有效折射率、傳播長度、模式面積、以及束縛因子等參數(shù)具有重要影響。數(shù)值分析結(jié)果表明，這種新型SPW不僅具有良好的模式束縛特性和較長的傳播長度，而且具有潛在的實(shí)驗(yàn)室測試和應(yīng)用前景。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)通過使用增益材料，可以實(shí)現(xiàn)模式損耗的補(bǔ)償，從而進(jìn)一步增加傳

4、輸距離。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種基于對稱介質(zhì)納米管的混合表面等離子體光波導(dǎo)，這種結(jié)構(gòu)的SPW同時(shí)支持對稱和反對稱兩種電磁場模式，通過數(shù)值模擬，對其分布特性和傳輸特性進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明，介質(zhì)波導(dǎo)模式和表面等離子體激元模式之間的強(qiáng)耦合可以使電磁場緊緊束縛在介質(zhì)納米管和金屬條之間的間隙區(qū)域。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了亞波長模式束縛和長距離傳輸。此外，還與文獻(xiàn)報(bào)道的相近幾何結(jié)構(gòu)的SPW傳輸特性進(jìn)行了對比研究，結(jié)果表明所提出的這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同樣具有傳輸