基于對稱金屬包覆介質(zhì)波導的表面等離子波納米器件的研究.pdf

1、表面等離子波指的是金屬表面自由電子和外部光子之間發(fā)生相互作用而激發(fā)的在金屬表面?zhèn)鞑サ碾姶挪Ｊ?。表面等離子波納米器件能夠?qū)⒐獠ň窒拊诮饘俦砻娴膩啿ㄩL區(qū)域內(nèi)，從而突破了衍射極限對傳統(tǒng)光學器件的限制，成功實現(xiàn)光學器件向亞波長尺度的跨越。隨著對表面等離子波納米光學器件研究的逐步深入，其在新型光子學器件和光學傳感等微納米器件研究領域必將擁有更加廣闊的發(fā)展前景。
　　本論文基于對稱金屬包覆介質(zhì)的波導結構，運用光學矩陣波導理論分析了表面等離子

2、波在納米光學器件中的傳輸規(guī)律，并利用時域有限差分方法對理論結果進行了數(shù)值模擬驗證。本論文的主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　(1)在對稱金屬包覆介質(zhì)波導結構的基礎上，提出了金屬包覆皺階周期性波導結構。采用轉(zhuǎn)移矩陣理論，研究了金屬包覆皺階周期性波導結構中表面等離子波的傳播特性，結果表明在金屬包覆皺階周期性波導結構中存在著與結構參數(shù)相關的表面等離子波禁帶；利用時域有限差分方法，對金屬包覆皺階周期性波導結構進行了數(shù)值計算，模擬了表面等離子波

3、的電磁場分布和頻譜特性。
　　(2)在金屬包覆皺階周期性波導結構的基礎上，提出了表面等離子波波長分波器。通過設計金屬包覆皺階周期性波導的結構參數(shù)，可以對不同入射波長的表面等離子波進行波長分離；利用時域有限差分方法對不同結構參數(shù)的金屬包覆皺階周期性波導表面等離子波波長分波器進行了數(shù)值模擬，驗證了表面等離子波在波長分波器中的傳播特性和電磁場分布；實現(xiàn)了工作波長為756nm和892nm的金屬包覆皺階周期性波導表面等離子波波長分波器，其分

4、光比分別達到了30.5dB和-29.2dB；通過調(diào)節(jié)金屬包覆皺階周期性波導的結構參數(shù)，可設計不同工作波長的表面等離子波波長分波器。
　　(3)在對稱金屬包覆介質(zhì)波導結構的基礎上，提出了表面等離子波梳狀濾波器。利用干涉理論分析討論了表面等離子波梳狀濾波器的基本傳輸性質(zhì)；利用光學模擬軟件 FDTD Solutions對不同結構參數(shù)的表面等離子波梳狀濾波器進行了數(shù)值模擬，研究了梳狀濾波器的頻譜特性和電磁場分布；通過調(diào)節(jié)表面等離子波梳狀濾