表面等離子體慢光波導的理論研究.pdf

1、能量高度局域化、亞波長約束、突破衍射極限等主要特性使得表面等離子體在納米光子學、集成光學的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的影響。基于表面等離子體結(jié)構的慢光波導是表面等離子體光學的重要應用之一,可以在較寬的光頻范圍內(nèi)實現(xiàn)慢光模式,在亞波長尺寸內(nèi)對光信號進行處理,實現(xiàn)電磁能量的高度局域化。
　　本文從電磁場基本理論出發(fā),根據(jù)金屬Drude色散模型,分析了金屬-介質(zhì)單界面上表面等離子體的色散關系、特征長度及激勵方式。介紹了基于表面等離子體結(jié)構的

2、三層對稱光波導的場分布特性,對其模式有效折射率、傳輸損耗、傳輸長度與光波導的結(jié)構參數(shù)、電磁參數(shù)間的關系進行數(shù)值仿真,分析其模式特點。隨后對本文中用到的金屬色散介質(zhì)中的時域有限差分法進行介紹。
　　基于時域有限差分法,本文研究了基于表面等離子體結(jié)構的光波導。在外加激勵源作用下,對光波導的慢光特性進行研究,對其色散關系、群速度曲線、時域傳輸場等光學特性進行了詳細分析。在此基礎上,對光波導的慢光模式與其結(jié)構參數(shù)間的關系進行研究。數(shù)值仿真

3、結(jié)果表明,通過選取合適的工作頻率(波長),此結(jié)構的光波導在支持慢光傳輸?shù)耐瑫r,可以獲得非常低的群速度色散,能夠?qū)崿F(xiàn)光信號的有效傳輸;改變中間介質(zhì)層厚度可以改變慢光模式的頻率,可以在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)光信號的慢光傳輸。
　　為減少歐姆熱損耗、提高表面等離子體傳輸長度,本文設計研究了長程表面等離子體光波導結(jié)構。對其對稱模式、反對稱模式下的色散關系進行詳細分析。數(shù)值仿真結(jié)果表明,在反對稱模式下,此結(jié)構的光波導在保持長程傳輸模式的同時,還具