亞波長表面等離子體槽型波導模式分析.pdf

1、1969年，美國貝爾實驗室的Miller 首次提出“集成光學”的概念，從此揭開了光子器件集成化研究的序幕。在過去的幾十年，光子集成理論與光子器件制備技術都得到了長足發(fā)展。正如集成電子電路發(fā)展歷程一樣，光集成也朝著高集成度的方向發(fā)展。為了實現(xiàn)這一目標，必須設計出超小尺寸的光波導結(jié)構(gòu)?；诒砻娴入x子體的金屬光波導可以突破衍射極限實現(xiàn)對光的亞波長約束，為未來實現(xiàn)納米光子集成提供一種新的途徑。
　　 本文首先研究了一種對稱結(jié)構(gòu)的槽型表面

2、等離子波導，該波導由中間刻有一道凹槽的金屬銀薄膜嵌入無限寬度的均勻二氧化硅介質(zhì)中構(gòu)成，詳細分析了其模場性質(zhì)。這種對稱結(jié)構(gòu)的波導無論如何改變波導的尺寸以及改變?nèi)肷洳ǖ牟ㄩL，總會存在有約束模。同時這種對稱結(jié)構(gòu)波導能夠?qū)㈩l率范圍從0Hz 到紫外線頻率下的光波很好地約束起來，具有很寬的傳輸帶寬。
　　 接著，我們研究了一種非對稱結(jié)構(gòu)槽型表面等離子體波導，其金屬薄膜的上覆層和下基底的電介質(zhì)材料不同。不同于對稱結(jié)構(gòu)的波導總會存在約束模，這種

3、結(jié)構(gòu)的波導存在一個截斷槽寬、截斷膜厚和截斷波長，只有波導的尺寸和入射波長都在這些截斷值之下，才會存在約束模，否則就有可能模場不約束而發(fā)生模場能量泄露。
　　 在此基礎上，我們提出了一種由兩根有限寬度的金屬條構(gòu)成的槽型波導，分析了該結(jié)構(gòu)波導模場的對稱分布和反對分布，這兩種模式都為約束模。接著還提出了一種非對稱結(jié)構(gòu)的波導，其基底為金屬，上覆層為電介質(zhì)，并且在電介質(zhì)中嵌入一根有限長度金屬條，在金屬條和金屬基底之間也能夠產(chǎn)生約束場。經(jīng)過