基于納米狹縫的長程表面等離激元定向耦合器的研究.pdf

1、表面等離激元光子學(xué)中一個重要的研究課題就是將自由空間的光耦合成表面等離激元(SPP)。通常采用透明棱鏡、金屬光柵結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光子和SPP之間的動量匹配。顯然，這些結(jié)構(gòu)太大，很難應(yīng)用于高度集成的光子電路和等離子器件中。實驗證明，許多納米結(jié)構(gòu)，如納米狹縫、納米凹槽、類屋脊結(jié)構(gòu)、納米天線等，不僅能有效地將自由空間的光耦合成SPP，還能控制產(chǎn)生SPP的傳播方向。對比無限大金屬表面的SPP，長程表面等離激元(LRSPP)在損耗金屬中的色散較弱，損耗

2、小，傳播距離更長。因此低損耗的LRSPP的定向耦合有著更加廣泛的需求。
　　本文首先介紹了SPP的研究背景及其在生物化學(xué)傳感器、光存儲、光波導(dǎo)方面的應(yīng)用，接著主要調(diào)研了基于不同納米結(jié)構(gòu)的SPP定向耦合器的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章主要分析了SPP的色散關(guān)系和傳播特性，重點介紹了時域有限差分法(FDTD)的基本原理，包括Yee網(wǎng)格、數(shù)值穩(wěn)定條件、吸收邊界條件等。第三章回顧了LRSPP的發(fā)展歷史，介紹了LRSPP和短程SPP(SRSPP)的基本

3、原理，并對比了它們的光學(xué)性質(zhì)，接著由Durde模型出發(fā)，介紹了幾種常見SPP的激發(fā)方式。第四章，為了實現(xiàn)穩(wěn)健的LRSPP的定向耦合和滿足寬帶寬等離子光路的需求，我們提出了一種新型的可見光波段的寬帶寬的基于納米狹縫的定向LRSPP耦合器。通過調(diào)節(jié)入射光的角度，就能控制產(chǎn)生的LRSPP的傳播方向。為了更好地發(fā)揮LRSPP定向耦合器的性能，首先分析了耦合器中存在的SPP模式，接著使用有限元仿真方法，系統(tǒng)研究了定向耦合器中的LRSPP模場分布，