表面等離子波波導(dǎo)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、近些年來，傳統(tǒng)介質(zhì)集成光學(xué)器件由于衍射極限的限制，在小型化、集成化方面遇到瓶頸，而表面等離子波可以把能量高度限制在金屬介質(zhì)分界面處。因此，人們開始關(guān)注表面等離子波及其器件，希望能夠在微納米級(jí)的器件和光回路中得到廣泛應(yīng)用。 本文從麥克斯韋方程組出發(fā)，先介紹了表面等離子波的基本概念，討論了表面等離子波的存在條件及表面等離子波解的形式，指出表面等離子波的實(shí)質(zhì)是束縛電荷密度波，是光波在金屬表面激發(fā)引起的電荷密度漲落，產(chǎn)生集體振蕩輻射出的

2、電磁輻射模。表面等離子波的損耗來自于光子與金屬中等離激元相互作用形成的歐姆損耗，當(dāng)光子頻率與金屬中的等離子體頻率相匹配時(shí)，發(fā)生等離子共振，此時(shí)光子與等離激元能量交換最大，損耗也最大。本文分析了當(dāng)介質(zhì)為增益材料時(shí)等離子表面波的損耗問題，盡管根據(jù)現(xiàn)有的增益介質(zhì)參數(shù)無法完全補(bǔ)償金屬損耗，但是可以使損耗問題得到一定程度的緩解。 本文分析比較了兩種對(duì)稱三層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基本模式和特性，金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)一金屬一介質(zhì)(IMI)

3、結(jié)構(gòu)，前者具有很好的限制性，但同時(shí)帶來損耗的增加?；谶@二種結(jié)構(gòu)并結(jié)合介質(zhì)光波導(dǎo)的特性，本文提出了一種高限制性的槽形結(jié)構(gòu)，分析表明該結(jié)構(gòu)在二維尺度上都具有較好的限制性，當(dāng)芯區(qū)橫截面尺寸為200nm×800nm，能量限制因子高達(dá)98.5％。橫向模式尺寸近似等于芯區(qū)寬度。 另外，將金屬顆粒陣列作為表面等離子波的載體，本文分析了單列金屬顆粒陣列、雙列金屬顆粒陣列，闡述了表面等離子波限制性、損耗和場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)三者之間具有同向變化的聯(lián)系。提