基于表面等離子體的新型光子器件研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，光子器件在通信中的角色變得越來越重要，但是由于受光學衍射極限的限制，微米級的光子器件無法與納米尺度的電子器件實現(xiàn)完美集成。目前國際上比較常用的實現(xiàn)亞波長光子器件的方法主要有光子晶體結(jié)構(gòu)和表面等離子體結(jié)構(gòu)等。在本論文中，我們以實現(xiàn)亞波長尺寸的光子器件為目的，沿著逐步深入逐步復(fù)雜化的順序依次提出了基于表面等離子體的波導(dǎo)、無源器件、調(diào)制器以及光子接收天線。
　　論文首先介紹了光子學的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前光子器件研究所

2、面臨的挑戰(zhàn)，提出了利用表面等離子體技術(shù)實現(xiàn)亞波長光子器件的可行性分析。然后對金屬的色散模型進行了介紹，并且以此為基礎(chǔ)，分析了金屬與介質(zhì)交界面上的表面等離子體波的特性以及其激發(fā)條件。在普通表面等離子體波的基礎(chǔ)上，分析了多層結(jié)構(gòu)表面等離子體波的色散特性并對目前常用的IMI和MIM多層SPP結(jié)構(gòu)進行了介紹。
　　提出了以Cytop為介質(zhì)層材料的長程介質(zhì)加載表面等離子體波導(dǎo)，首先對波導(dǎo)各個部分的尺寸進行了優(yōu)化以實現(xiàn)較長的傳輸距離和較好的模

3、式寬度約束，同時也考慮了在集成化過程中無法避免的耦合距離以及彎曲半徑等參數(shù)。然后在此基礎(chǔ)上提出了基于該波導(dǎo)的環(huán)形腔諧振器設(shè)計，分析了影響諧振器性能的主要參數(shù)。為了實現(xiàn)光電集成的目的，提出了可與CMOS工藝相兼容的長程介質(zhì)加載表面等離子體波導(dǎo)，對波導(dǎo)的尺寸、彎曲半徑以及耦合距離進行了優(yōu)化，其性能高于目前所見報道的同類型波導(dǎo)。
　　研究了表面等離子體波導(dǎo)的加工工藝，如金屬鍍膜、電子束曝光、顯影、刻蝕、剝離等技術(shù)，并對所設(shè)計的Cytop

4、波導(dǎo)及器件進行了加工，并對加工得到的波導(dǎo)和Mach-Zehnder干涉儀的參數(shù)和性能進行了測量，實驗測得的結(jié)果符合理論數(shù)據(jù)。
　　提出了基于長程表面等離子體的寬帶微波電光調(diào)制器。利用長程表面等離子體對折射率的敏感特性、電光聚合物材料的高電光效應(yīng)以及共面波導(dǎo)的寬帶特性，通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化理論上實現(xiàn)了0～60GHz的寬帶調(diào)制器。同時利用非線性聚合物材料對克爾效應(yīng)的快速響應(yīng)特性，提出了基于長程表面等離子體的全光調(diào)制器，通過對調(diào)制器參數(shù)

5、的優(yōu)化，使得調(diào)制器的性能高于目前可見報道的同類型全光調(diào)制器。
　　提出了將微波接收天線與電光調(diào)制器相結(jié)合的同軸光纖射頻天線，首先研究了傾斜光纖光柵的頻譜特性以及傾斜光纖光柵的制備工藝，然后對光纖光柵傳感器進行了介紹并通過使用受激布里淵的方式實現(xiàn)了傾斜光柵傳感器靈敏度的提升。然后在光纖光柵表面等離子體傳感器基礎(chǔ)上提出了基于光纖光柵的新型同軸光纖射頻天線，該同軸結(jié)構(gòu)將微波天線與電光調(diào)制器集成在一起，利用聚合物的電光效應(yīng)以及表面等離子體