基于SPPs波導的光學特性研究.pdf

1、表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是束縛在金屬/介質(zhì)界面的一種電磁波模式，具有透射增強、亞波長局域等特點，使得在亞波長尺度的金屬結(jié)構(gòu)中對光場實現(xiàn)局域化和導波成為可能，從而為提高光子器件的集成度帶來了新的契機。近幾年，金屬介質(zhì)亞波長SPPs波導成為一個研究熱點，被認為是實現(xiàn)光電納米集成的主導技術(shù)。
　　論文首先介紹SPPs基本理論，包括色散特性、特征參數(shù)、激發(fā)方式等相關(guān)物理機制，這是進

2、行SPPs相關(guān)研究的理論基礎(chǔ)；接著對金屬Drude模型以及分析SPPs模場分布的FDTD數(shù)值計算方法做了詳細介紹，這對進行SPPs器件研究具有重要意義。
　　在此基礎(chǔ)上，本文對以下問題作了重點研究:
　　1.構(gòu)造了金屬三角形結(jié)構(gòu)，利用FDTD方法模擬了光照射此結(jié)構(gòu)激發(fā)SPPs的情況，觀察并分析了SPPs的傳播過程。
　　2.研究了金屬/介質(zhì)界面SPPs的干涉理論，推導了金屬三角形結(jié)構(gòu)SPPs干涉相消條件，并在FDTD仿

3、真實驗中觀察到了此干涉相消現(xiàn)象。
　　3.在對SPPs激發(fā)和干涉理論深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于三角形的光控光開關(guān)器件，利用信號光和調(diào)制光所激發(fā)的SPPs的干涉相消作用，實現(xiàn)了對光的控制。整個結(jié)構(gòu)尺寸僅為1.8μm×1μm(x×z方向)，消光比約為23dB，開光時間僅為0.9fs。
　　基于SPPs的光開關(guān)可以在小于衍射極限的亞波長范圍內(nèi)實現(xiàn)對光的控制功能，可應用于高速大容量的光纖通信系統(tǒng)中，是未來集成光器件的重要研究方向。