基于表面等離子體激元的濾波器與解波分復用器理論研究.pdf

1、表面等離子體激元是一種沿著金屬-介質界面?zhèn)鞑サ碾姶疟砻娌ǎ捎谄浔砻嬖鰪姾透叨染钟虻奶匦?，使得人們得以克服衍射極限，在亞波長尺度的金屬微結構中實現(xiàn)對光的傳導和操控。目前，表面等離子體激元的理論研究趨于成熟，逐漸形成完善的學科，并在集成光學領域占有關鍵的一席之地?；诒砻娴入x子體激元的應用研究也已在多個領域取得突破進展，包括集成波導、生物傳感檢測、納米光刻、數(shù)據(jù)存儲和新型光源等，從而極大地提升了光子器件的性能和光學回路的集成度。本文旨在幫

2、助推進納米尺度下光波的操控和光子器件設計，因此，基于表面等離子體激元在集成波導方面的研究，我們提出一類新型的濾波器和解復用器。本論文主要的研究內容如下：
　　首先，根據(jù)金屬的Drude模型，基于麥克斯韋方程組，理論分析了表面等離子體激元的色散特性，并介紹了表面等離子體激元的四個特征參數(shù)，以及根據(jù)波矢匹配在金屬表面將表面等離子體激元激發(fā)出來的方法。接著，介紹金屬-絕緣體-金屬（Metal-Insulator-Metal，MIM）波導

3、結構的原理和性質。
　　其次，簡要分析了本論文用到的研究方法，介紹了時域有限差分方法（Finite-Different Time-Domain，F(xiàn)DTD）的實現(xiàn)原理、激勵源設定、穩(wěn)定性要求和邊界條件等，并結合FDTD仿真軟件，對邊耦合和肩耦合這兩種諧振腔結構的耦合模理論做了闡述，分析驗證了它們的傳輸和反射特性。
　　然后，基于交叉形MIM波導的傳輸特性，我們將其與一組六邊形諧振腔耦合，設計出一種新型的濾波器結構。該結構中，兩

4、條MIM波導相互正交，構成一個輸入端口和三個輸出信道。耦合模理論分析顯示，通過調整不同信道間的表面等離子體波之間的相位，可以使得濾波信道中的傳輸效率達到峰值。而這一過程可以直接通過調節(jié)諧振腔的位置來容易地實現(xiàn)。我們采用FDTD仿真對理論分析進行了驗證，此外，仿真顯示在該結構中，通過調節(jié)耦合距離可以優(yōu)化傳輸效率和線寬，還可以調節(jié)腔體的邊長和填充介質來實現(xiàn)工作波長的調諧。
　　最后，基于交叉波導上濾波器的理論研究，我們設計出一種新型的