介質(zhì)加載及復合表面等離子體波導傳輸特性研究.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而突破衍射極限。表面等離子體波導能夠?qū)⒐庑盘柧钟蛟趤啿ㄩL尺度內(nèi)傳播，一定能在實現(xiàn)高度集成的光學回路中起到不可取代的作用。普遍來說，表面等離子體波導在模式局域性和傳播長度之間顧此失彼。其中，介質(zhì)加載結構和復合結構能夠保證較好的亞波長局域性，同時傳播長度較大。本論文主要研究一種新型的介質(zhì)加載和復合表面等離子體波導結構的幾何參數(shù)對其傳輸特性的影響，進而達到結構最優(yōu)化

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

3、構的傳輸性質(zhì)進行了研究，包括模場分布、有效折射率、傳播長度、模式寬度和品質(zhì)因數(shù)等。橢圓形介質(zhì)加載結構的局域性和傳播長度要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的矩形結構，復合結構的尺寸比傳統(tǒng)結構小3倍，同時其局域性也非常好。除此之外，我們將復合波導的思想應用與金屬脊狀波導，提出復合型脊狀表面等離子體波導，其傳輸性質(zhì)明顯優(yōu)于金屬脊狀結構。
　　復合型表面等離子體波導結構在光學器件方面也表現(xiàn)出了良好的應用價值，我們詳細研究了基于復合型介質(zhì)加載結構和脊狀結構的光