基于矩形諧振腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表面等離子體濾波器的研究.pdf

1、對(duì)光與物質(zhì)相互作用的理解和如何主動(dòng)地去控制光的傳播，一直以來(lái)都是研究者夢(mèng)想解開(kāi)的目標(biāo)，也是科技領(lǐng)域中至關(guān)重要的課題之一。表面等離子體(Surface Plasmon Polaritions，SPPs)是金屬表面自由電子和光子相互耦合而形成的一種沿介質(zhì)-金屬表面?zhèn)鞑サ馁渴挪?，其電磁?chǎng)在垂直于金屬表面的兩個(gè)方向都以指數(shù)的形式衰減。當(dāng)改變金屬表面的結(jié)構(gòu)時(shí)，表面等離子體的激發(fā)方式、耦合效應(yīng)、色散關(guān)系、傳播方式和其性質(zhì)都將發(fā)生重大的變化。SPPs

2、這一特殊的性質(zhì)，使其在光與亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)相互作用而引起的許多獨(dú)特的物理現(xiàn)象中起到了至關(guān)重要的作用，它的這些新穎效應(yīng)，原理以及機(jī)制等都是當(dāng)前凝聚態(tài)物理和近場(chǎng)光學(xué)研究的熱點(diǎn)。對(duì)這些現(xiàn)象的研究，使人們能夠利用金屬等導(dǎo)體材料來(lái)控制光的傳播，這將促進(jìn)光存儲(chǔ)技術(shù)、光學(xué)設(shè)備、生物光子學(xué)、SPPs元器件和回路、表面等離子體光子芯片、新型光源、調(diào)制解調(diào)器和開(kāi)關(guān)、突破衍射極限的超分辨成像、耦合器、納米波導(dǎo)以及納米光電子器件等的研究進(jìn)展。本論文采用二維時(shí)域有

3、限差分方法(FDTD)，針對(duì)亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)中表面等離子體的光學(xué)特性、色散關(guān)系、傳播規(guī)律以及對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的人工調(diào)控，進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。主要工作內(nèi)容以及結(jié)果如下：
　　通過(guò)在單狹縫金屬銀的出口端表面兩側(cè)設(shè)置不同的槽型結(jié)構(gòu)，在理論上研究了亞波長(zhǎng)表面等離子體方向性激發(fā)器。研究結(jié)果表明，當(dāng)改變槽型結(jié)構(gòu)的寬度、高度或者周期，使設(shè)置的槽型結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波滿足相位相干相長(zhǎng)和相干相消的條件時(shí)，可使不同波長(zhǎng)的金屬表面電磁波在單縫出口處朝不同的方向偏轉(zhuǎn)。

4、具體說(shuō)來(lái)，當(dāng)入射光波的波長(zhǎng)為516.96納米時(shí)，在出口處激發(fā)的表面等離子體向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)入射光波的波長(zhǎng)為827納米，在出口處激發(fā)的表面等離子體向左偏轉(zhuǎn)。這種方法為相關(guān)納米光電子器件的設(shè)計(jì)，如傳感器、光學(xué)集成電路等提供了理論依據(jù)，而且已經(jīng)應(yīng)用到相關(guān)的光通信，等離子體光源、光電印刷技術(shù)等領(lǐng)域。
　　提出了一種新型的基于金屬-介質(zhì)-金屬(metal-insulator-metal，MIM)的多矩形諧振腔結(jié)構(gòu)的表面等離子體帶阻濾波器。該結(jié)構(gòu)

5、由一波導(dǎo)通道和一列平行排列于波導(dǎo)上方的矩形諧振腔組成。當(dāng)矩形腔的長(zhǎng)度對(duì)某一波長(zhǎng)滿足法布里-珀羅(F-P)諧振條件時(shí)，該波長(zhǎng)的表面等離子體(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)將進(jìn)入腔內(nèi)并發(fā)生耦合共振被限制在其內(nèi)而不再向外傳播，而其它波長(zhǎng)的光波仍然會(huì)透過(guò)波導(dǎo)通道，因而該結(jié)構(gòu)會(huì)起到濾波的效果。通過(guò)調(diào)整諧振腔的長(zhǎng)度和數(shù)量，可以方便的濾掉一個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波。與其它結(jié)構(gòu)SPPs濾波器相比，此結(jié)構(gòu)更具有簡(jiǎn)潔、濾過(guò)的