表面等離子體光子晶體波導(dǎo)特性研究.pdf

1、表面等離子體激元具有近場增強特性和表面?zhèn)鬏斕匦?，可以將光局域在亞波長尺度，因此基于表面等離子體的光學(xué)器件的研究受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。其中，金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡單，對能量具有強束縛性；混合表面等離子體波導(dǎo)可以同時實現(xiàn)長傳輸距離和小模式體積，因此這兩種波導(dǎo)在納米光子學(xué)集成領(lǐng)域有巨大的研究與應(yīng)用價值。本文提出將這兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)同光子晶體結(jié)合構(gòu)建新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并在表面等離子體理論的基礎(chǔ)上對這兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性進行深入的研究，這可以為實

2、際應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。
　　本文首先介紹了金屬的光學(xué)性質(zhì)，得到了金屬的介電常數(shù)色散曲線。同時討論了表面等離子體色散特性，表面等離子體的相關(guān)參數(shù)計算和激發(fā)方式，及本文所采用的數(shù)值分析方法。
　　其次提出了一種金屬-絕緣體-金屬表面等離子體布拉格波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用時域有限差分方法對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性和電磁場分布進行了分析。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了布拉格納米微腔結(jié)構(gòu)，討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對微腔品質(zhì)因子和模式體積的影響，為表面等離子體諧振腔的設(shè)計提供了

3、理論依據(jù)。
　　設(shè)計了一種金屬-光子晶體形式的混合表面等離子體光子晶體波導(dǎo)，該波導(dǎo)可以將能量局域在線缺陷中，且束縛于金屬表面?zhèn)鞑ァ２捎脮r域有限差分方法對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行計算，得到了電場分布圖，并計算了該結(jié)構(gòu)的傳輸長度和模式面積。此外在此波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)金屬-光子晶體形式Y(jié)分束器。
　　最后通過在金屬-光子晶體中嵌入一層低折射率介質(zhì)層，構(gòu)建金屬-電介質(zhì)-光子晶體結(jié)構(gòu)的表面等離子光子晶體波導(dǎo)，分析了此波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性。