介質(zhì)加載及復(fù)合表面等離子體波導(dǎo)傳輸特性研究.pdf

1、表面等離子體波是一種沿著金屬-介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ軌驅(qū)⒐饩钟蛟诮饘俦砻孢M(jìn)而突破衍射極限。表面等離子體波導(dǎo)能夠?qū)⒐庑盘?hào)局域在亞波長(zhǎng)尺度內(nèi)傳播，一定能在實(shí)現(xiàn)高度集成的光學(xué)回路中起到不可取代的作用。普遍來說，表面等離子體波導(dǎo)在模式局域性和傳播長(zhǎng)度之間顧此失彼。其中，介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠保證較好的亞波長(zhǎng)局域性，同時(shí)傳播長(zhǎng)度較大。本論文主要研究一種新型的介質(zhì)加載和復(fù)合表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對(duì)其傳輸特性的影響，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)最優(yōu)化

2、，并且對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面等離子體波導(dǎo)在光器件方面的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要的分析。
　　論文首先從麥克斯韋方程組出發(fā)進(jìn)行理論推導(dǎo)，對(duì)表面等離子波的基本理論作了一簡(jiǎn)要的分析，介紹了表面等離子體波的概念和存在的條件以及相應(yīng)特征。在此基礎(chǔ)上通過有限元方法模擬分析了三層對(duì)稱的MIM和IMI結(jié)構(gòu)表面等離子體波導(dǎo)的傳輸特性。
　　以傳統(tǒng)的矩形介質(zhì)加載表面等離子體波導(dǎo)為基礎(chǔ)，我們研究了橢圓形介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)和復(fù)合型介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)，利用有限元算法分別對(duì)這兩種結(jié)

3、構(gòu)的傳輸性質(zhì)進(jìn)行了研究，包括模場(chǎng)分布、有效折射率、傳播長(zhǎng)度、模式寬度和品質(zhì)因數(shù)等。橢圓形介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)的局域性和傳播長(zhǎng)度要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形結(jié)構(gòu)，復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)小3倍，同時(shí)其局域性也非常好。除此之外，我們將復(fù)合波導(dǎo)的思想應(yīng)用與金屬脊?fàn)畈▽?dǎo)，提出復(fù)合型脊?fàn)畋砻娴入x子體波導(dǎo)，其傳輸性質(zhì)明顯優(yōu)于金屬脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。
　　復(fù)合型表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在光學(xué)器件方面也表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價(jià)值，我們?cè)敿?xì)研究了基于復(fù)合型介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)和脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的光