基于表面等離子體激元的微納波導(dǎo)的光控研究.pdf

1、為滿足高速和高密度信息技術(shù)的需求，近年來，基于表面等離子體激元的納米光子器件的研究呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢，利用其對光波在亞波長尺寸上進行操縱與控制已經(jīng)成為國際上的研究熱點問題之一。表面等離子體激元(SurfacePlasmonPolaritons，SPPs)，是在外加電磁場的誘導(dǎo)下，沿著介電常數(shù)符號相反的兩種介質(zhì)分界面?zhèn)鬏數(shù)囊环N電磁表面波，其突出特點之一是能夠打破傳統(tǒng)光學(xué)器件波長衍射極限的限制，將電磁能量聚集在納米尺度范圍內(nèi)，并且在金屬內(nèi)

2、部具有極短的穿透深度（納米級）。由于SPPs的亞波長局域、近場增強等特性，在納米光子學(xué)中發(fā)揮著重要作用。目前世界上多個研究小組利用SPPs原理提出并在理論和實驗上證明了金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有超強的納米光局域能力，并且在可見光區(qū)域內(nèi)傳輸損耗低，制造容易，更適合高密度集成。
　　本文主要利用離散偶極近似和時域有限差分這兩種理論計算的方法研究微納尺度的MIM功能型波導(dǎo)以及納米天線，主要工作包括以下四個方面:
　　

3、一、提出了一種新型的腔體-通道波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，理論上證明了光路在微納波導(dǎo)中的多次90°彎折。結(jié)構(gòu)中，腔體內(nèi)部引入的超薄金屬膜作為光吸收裝置，將更多的入射光能量耦合進入系統(tǒng)內(nèi)部;通道部分作為導(dǎo)波系統(tǒng)把光傳導(dǎo)出來。波導(dǎo)出口的位置及出口數(shù)量與光的傳播或截止關(guān)系也作了詳細地分析與闡述。該工作為微納米尺度的光控提供了一種新的方法并且有望應(yīng)用于光電器件的小型化。（第三章）
　　二、提出了一種光傳播方向控制型波導(dǎo)——內(nèi)嵌圓孔陣列的雙層銀膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。模

4、擬結(jié)果顯示:若圓孔陣列傾斜，在膜間距縮小到10nm時，該結(jié)構(gòu)具有超高的方向選擇性，且在結(jié)構(gòu)共振時可有效地控制光傳播方向;若圓孔陣列垂直雙層膜，光波能夠局域在截面積為10×20nm2的狹窄區(qū)域內(nèi)有效地傳播。此工作為亞波長尺寸的光傳播方向控制與光壓縮器件設(shè)計提供了新的方法。（第四章）
　　三、在近場納米光刻掩模板的理論模型基礎(chǔ)上，增加了凹槽結(jié)構(gòu)，并對凹槽的參數(shù)及位置做了優(yōu)化并深入討論其物理機制，成功地將通道光刻的分辨率提高了3倍。加入

5、凹槽改變了光刻通道出口處的表面等離子體激元波的相位分布，因此優(yōu)化凹槽的參數(shù)可以達到有效地消除相鄰?fù)ǖ乐g干涉的目的，進而縮短通道之間的距離，提高掩模板的光刻分辨率。該改進后的結(jié)構(gòu)可用于大面積高分辨率的光刻。（第五章）
　　四、對蝴蝶結(jié)納米天線的光學(xué)特性進行了理論分析，將各個參數(shù)（張角、狹縫、頂端寬度、臂長和厚度）對電場增強因子以及共振波長的影響進行了詳細地分析討論，并對比偶極天線的情況，探究其中的物理機制。該計算結(jié)果及所得出的結(jié)論