基于對(duì)稱金屬包覆介質(zhì)波導(dǎo)的表面等離子波納米器件的研究.pdf

1、表面等離子波指的是金屬表面自由電子和外部光子之間發(fā)生相互作用而激發(fā)的在金屬表面?zhèn)鞑サ碾姶挪Ｊ健１砻娴入x子波納米器件能夠?qū)⒐獠ň窒拊诮饘俦砻娴膩啿ㄩL(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，從而突破了衍射極限對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)器件的限制，成功實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件向亞波長(zhǎng)尺度的跨越。隨著對(duì)表面等離子波納米光學(xué)器件研究的逐步深入，其在新型光子學(xué)器件和光學(xué)傳感等微納米器件研究領(lǐng)域必將擁有更加廣闊的發(fā)展前景。
　　本論文基于對(duì)稱金屬包覆介質(zhì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用光學(xué)矩陣波導(dǎo)理論分析了表面等離子

2、波在納米光學(xué)器件中的傳輸規(guī)律，并利用時(shí)域有限差分方法對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)在對(duì)稱金屬包覆介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。采用轉(zhuǎn)移矩陣?yán)碚?，研究了金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中表面等離子波的傳播特性，結(jié)果表明在金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中存在著與結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的表面等離子波禁帶；利用時(shí)域有限差分方法，對(duì)金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模擬了表面等離子波

3、的電磁場(chǎng)分布和頻譜特性。
　　(2)在金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了表面等離子波波長(zhǎng)分波器。通過(guò)設(shè)計(jì)金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以對(duì)不同入射波長(zhǎng)的表面等離子波進(jìn)行波長(zhǎng)分離；利用時(shí)域有限差分方法對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)表面等離子波波長(zhǎng)分波器進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了表面等離子波在波長(zhǎng)分波器中的傳播特性和電磁場(chǎng)分布；實(shí)現(xiàn)了工作波長(zhǎng)為756nm和892nm的金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)表面等離子波波長(zhǎng)分波器，其分

4、光比分別達(dá)到了30.5dB和-29.2dB；通過(guò)調(diào)節(jié)金屬包覆皺階周期性波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可設(shè)計(jì)不同工作波長(zhǎng)的表面等離子波波長(zhǎng)分波器。
　　(3)在對(duì)稱金屬包覆介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了表面等離子波梳狀濾波器。利用干涉理論分析討論了表面等離子波梳狀濾波器的基本傳輸性質(zhì)；利用光學(xué)模擬軟件 FDTD Solutions對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的表面等離子波梳狀濾波器進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了梳狀濾波器的頻譜特性和電磁場(chǎng)分布；通過(guò)調(diào)節(jié)表面等離子波梳狀濾