混合型表面等離子體波導(dǎo)的傳輸特性分析.pdf

1、表面等離子體激元是具有亞波長局域和近場增強特性的表面電磁波，產(chǎn)生于介電常數(shù)符號相反的材料界面兩側(cè)，在金屬中的趨膚深度比入射波長小兩個數(shù)量級，局域電磁場的能力具有克服衍射效應(yīng)的潛力，這在納米光子學(xué)，特別是光子互連方面具有深遠(yuǎn)的影響。設(shè)計和研究基于表面等離子體激元的器件已經(jīng)成為當(dāng)今納米光子學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。
　　本文提出了兩種混合型表面等離子體波導(dǎo)：硅基混合型表面等離子體波導(dǎo)和帶縫隙的混合型表面等離子體波導(dǎo)，利用有限元法對上述波導(dǎo)的傳

2、播特性分別進(jìn)行了分析和研究。對于硅基混合型表面等離子體波導(dǎo)，基模模場主要分布于介質(zhì)楔尖端與金屬膜之間，隨著縫隙距離的增加，有效折射率和品質(zhì)因數(shù)下降，傳播長度和模式面積增大，但有效折射率變化相對緩慢。隨著介質(zhì)層寬度的增加，有效折射率和模式面積增大，傳播長度和品質(zhì)因數(shù)減小，但有效折射率變化迅速。隨著空氣槽寬度的增加，有效折射率、模式面積、傳播長度和品質(zhì)因數(shù)都增大。當(dāng)介質(zhì)楔尖端到金屬層的距離為2.5nm，空氣槽兩邊的介質(zhì)層寬度為5nm，空氣槽

3、寬度為275nm，金屬膜寬度為285nm，金屬層厚度為100nm，空氣槽的深度為120nm，空氣槽下部的硅層厚度為350nm時硅基混合型表面等離子體波導(dǎo)的歸一化模式面積為0.00082，傳播距離為702μm，品質(zhì)因數(shù)達(dá)到1.4?106。
　　第二種結(jié)構(gòu)為帶有縫隙的混合型表面等離子體波導(dǎo)，研究表明，該波導(dǎo)的基模模場主要分布在圍繞金屬尖端的縫隙區(qū)域內(nèi)，并且其場強在金屬尖端附近處達(dá)到最大，有效折射率和品質(zhì)因數(shù)隨著金屬楔型頂角角度增加而減

4、小，傳播長度和模式面積隨著金屬楔型頂角角度增大而增大；隨著介質(zhì)層厚度的增加，有效折射率和模式面積越來越大，傳播長度和品質(zhì)因數(shù)越來越小；有效折射率和品質(zhì)因數(shù)隨著縫隙的厚度增加而增加，傳播距離和模式面積隨著縫隙的厚度增加而減小。與楔型表面等離子體波導(dǎo)相比，品質(zhì)因數(shù)可以提高100-200倍。當(dāng)金屬楔角度為60度，縫隙厚20nm，隨著介質(zhì)層厚度的變化，傳播長度從265μm下降到70μm，歸一化模式面積從0.0024升高到0.0088，品質(zhì)因數(shù)從