MDM型表面等離子體納米波導器件的主動式控制理論研究.pdf

1、如今每年所產(chǎn)生的信息量是成幾何倍數(shù)增長，對信息的存儲和處理速度要求越來越高，所以對計算機提出了更高的要求。計算機性能的提升是通過集成更多半導體晶體管實現(xiàn)的，目前集成電路的制作工藝已經(jīng)發(fā)展到14nm級，即將接近物理極限水平。不久計算機提升的速度將跟不上信息的增長的速度，該如何解決是個問題?？茖W研究者們認為最好的解決方法之一是用光信號取代電信號，研制出光子計算機取代電子計算機。但是受衍射極限的限制，光不能夠在納米尺度的集成器件里傳輸，表面等

2、離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使光在納米尺度的器件中傳輸成為了可能。目前許多學者在研究光波在基于SPPs納米波導中的傳輸特性，由于金屬-電介質(zhì)-金屬(Metal-Dielectric-Metal，MDM)波導具有亞波長傳輸特性，因此成為研究的熱點。本文主要是究研MDM型波導如何主動控制光波傳輸?shù)幕A(chǔ)理論，為此做了幾下學習和研究：
　　(1)研究了表面等離子體激元的基本特性、

3、SPPs的色散關(guān)系和在電介質(zhì)-金屬交界面的表面波的模式特性、SPPs四種特征長度、SPPs的激發(fā)方式；重點研究了MDM型波導各階傳播模式存在的條件以及各階模式的色散關(guān)系。
　　(2)學習并理解時域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法的基本原理、計算區(qū)域的劃分、FDTD邊界條件、FDTD的數(shù)值穩(wěn)定條件；掌握FDTD的基本形式推導和激勵源的設(shè)置，重點研究完全匹配層(PML)的原理，并進

4、行仿真實驗驗證。
　　(3)重點研究短支路MDM型波導的光譜傳輸特性，為此設(shè)計了三種短支路結(jié)構(gòu),分別是單支路、雙支路和雙支路回路結(jié)構(gòu)。分析研究表面等離子體波通過短支路結(jié)構(gòu)時的傳輸過程，根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果繪出透射譜曲線和單色光的透射率曲線，并對它們進行深入分析和研究。
　　仿真結(jié)果再結(jié)合相關(guān)理論可以得出：短支路結(jié)構(gòu)的MDM型波導對光束具有截止的作用，通過改變MDM波導的結(jié)構(gòu)可以主動控制特定波長的截止或通過。MDM波導可用于制作