基于納米光子結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件設(shè)計(jì)與光傳輸特性的研究.pdf

1、光子學(xué)是一門以光子為主要信息載體的學(xué)科。隨著人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，光學(xué)信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都具有非常重要的地位?；趥鹘y(tǒng)光學(xué)原理的光子學(xué)技術(shù)，由于受到衍射極限的限制，很難在納米尺度層面上有突破性的發(fā)展。因此，突破傳統(tǒng)光學(xué)的一個(gè)重要的新概念——納米光子學(xué)作為光子學(xué)科的分支應(yīng)運(yùn)而生。
　　本論文主要研究了孤立的與周期性的納米光子結(jié)構(gòu)的光傳輸特性，并設(shè)計(jì)了幾種納米光學(xué)器件，討論了其在生物傳感與納米光學(xué)集成方面的應(yīng)用。具

2、體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)提出了一種基于光柵結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振生物傳感器。采用時(shí)域有限差分法，討論了金、銀和鋁材料，對(duì)傳感器響應(yīng)信號(hào)的影響。數(shù)值分析表明，基于鋁材料的傳感器具有更好的傳感特性，設(shè)計(jì)所得傳感器靈敏度值為247.2°/RIU，相比于傳統(tǒng)光柵型傳感器提高了150％。
　　(2)提出了一種基于雙層介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)的偏振分束器。采用嚴(yán)格耦合波分析法，討論了該偏振分束器的工作波長(zhǎng)與角度帶寬。數(shù)值分析表明，當(dāng)入射角在48

3、°到72°，入射波長(zhǎng)在1.5μm到1.6μm范圍內(nèi)，分束后得到的TE與TM波的衍射效率均能大于90％。解決了傳統(tǒng)光柵型偏振分束器需要固定單一入射波長(zhǎng)或入射角度的缺陷。
　　(3)基于高對(duì)比度光柵結(jié)構(gòu)對(duì)正入射表面的寬頻光能產(chǎn)生非常強(qiáng)反射率的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種聚焦反射器。采用時(shí)域有限差分法，討論了不同偏振入射光的聚焦現(xiàn)象。數(shù)值分析表明，隨著入射波長(zhǎng)從1.55μm變化到2μm，該器件對(duì)TE和TM偏振光均能產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象，具有偏振無關(guān)性。

4、r>　　(4)結(jié)合金屬納米球回路理論和傳輸線理論，提出了一套計(jì)算共振金屬納米棒反射相位的分析理論。通過與基于時(shí)域有限差分法的復(fù)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果相比較，該分析理論在納米棒直徑小于70 nm時(shí)有很好的準(zhǔn)確性。隨著納米棒直徑的增加，準(zhǔn)靜態(tài)近似不再適用，此時(shí)分析理論結(jié)果開始偏離復(fù)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果，變的不再準(zhǔn)確。
　　(5)研究了可見光范圍內(nèi)的單狹縫透射抑制現(xiàn)象。通過公式推導(dǎo)，仿真模擬和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，證明了在TM偏振光入射條件下，隨著狹縫的寬度從2