由對稱矩形介質(zhì)條和金屬薄膜組成的表面等離子體光波導(dǎo)的傳播特性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會信息化程度的不斷提高,對數(shù)據(jù)處理速度以及元器件的集成度的要求也越來越來高?；趥鹘y(tǒng)介質(zhì)光學(xué)的器件由于受到光學(xué)衍射極限的限制,很難在納米尺度上實現(xiàn)光信號的傳播﹑存儲和相關(guān)處理,也不能滿足光學(xué)器件的微型化和高度集成化。近年來,一種被稱為“表面等離子體激元”的新發(fā)現(xiàn)引起了人們的極大關(guān)注。表面等離子體激元是由光子與金屬表面自由電子相互作用而引起的一種電磁模式,它既有光子學(xué)的速度,又有電子學(xué)的尺度?；诒砻娴入x子體激元的介質(zhì)-金屬光波

2、導(dǎo)可以突破衍射極限實現(xiàn)對光的亞波長約束,被認為是目前實現(xiàn)光電納米集成的主導(dǎo)技術(shù)。目前,表面等離子體光波導(dǎo)、亞波長孔徑的增強透過現(xiàn)象以及光控高速開關(guān)從實驗和理論上都得到了廣泛的論證。隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展,各種結(jié)構(gòu)的表面等離子體光波導(dǎo)不斷出現(xiàn),在各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　本文首先闡述了表面等離子體激元和表面等離子體光波導(dǎo)的概念和性質(zhì),然后提出并研究了兩種新型的表面等離子體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),通過改變幾何參數(shù)利用COMSOL軟件對

3、這兩種波導(dǎo)進行數(shù)值模擬,并對其傳播特性進行了分析和討論。
　　主要內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計了一種橫向?qū)ΨQ的表面等離子體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。討論了幾何參數(shù)對其所支持的基模電磁場的傳播特性,包括縱向能流密度、有效折射率、歸一化模式面積以及傳播長度的影響。結(jié)果表明,基模電磁場主要分布在兩個矩形的介質(zhì)條內(nèi)。通過調(diào)節(jié)兩個矩形介質(zhì)條長和寬以及兩矩形介質(zhì)條之間的距離和金屬薄膜的厚度可以有效調(diào)節(jié)模式的有效折射率、歸一化模式面積和傳播長度的大小。<

4、br>　　(2)設(shè)計了一種橫向和縱向都對稱的表面等離子體光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。討論了該波導(dǎo)幾何參數(shù)對其所支持的基模電磁場的傳播特性,包括縱向能流密度、有效折射率、歸一化模式面積以及傳播長度的影響。最后在相同參數(shù)條件下對兩種波導(dǎo)研究結(jié)果進行對比,結(jié)果表明關(guān)于橫向和縱向都對稱的波導(dǎo)具有更好的傳播特性。
　　(3)由于以上兩種波導(dǎo)的模式在傳播過程中可能會發(fā)生耦合,所以我們進一步研究了幾何參數(shù)對于兩種波導(dǎo)模式耦合長度的影響。研究結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)波