表面等離子激元光波導(dǎo)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、表面等離子激元是在金屬/介質(zhì)界面處存在的由自由電子與光子相互作用產(chǎn)生的沿表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?。它的?chǎng)分布在沿界面方向高度局域，且在金屬中的分布比在介質(zhì)中更集中，分布深度一般與波長(zhǎng)量級(jí)相同，但金屬的吸收損耗使它在傳播過程中伴隨著較大的衰減。近年來，表面等離子激元已經(jīng)成為納米光電子學(xué)科的一個(gè)重要研究方向，受到材料學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的極大關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)天線、太陽能電池和生物傳感等方面。由于表面等離子激元能夠很好的突破衍

2、射極限，人們開始關(guān)注表面等離子激元光波導(dǎo)及器件，希望能夠提高光子器件的集成度。本文圍繞表面等離子激元光波導(dǎo)這一主題開展了一系列的研究，探討實(shí)現(xiàn)表面等離子激元光子器件集成的可能性。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　1.根據(jù)金屬色散模型，在比較表面等離子激元各種數(shù)值分析方法的基礎(chǔ)上，采用轉(zhuǎn)移矩陣?yán)碚摵涂挛鞣e分方法精確分析表面等離子激元平板光波導(dǎo)的特性，并借助有限元方法、時(shí)域有限差分方法進(jìn)行器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　2.提出了一種m

3、etal-oxide-silicon(MOS)的混合表面等離子激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它具有模場(chǎng)大部分能量都集中在低折射率氧化層的特點(diǎn)。通過在SOI材料上生長(zhǎng)氧化層及金屬層形成MOS混合表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并分析了其性能及潛在應(yīng)用。
　　3.設(shè)計(jì)了多種基于混合表面等離子激元的光波導(dǎo)器件。通過結(jié)合slot結(jié)構(gòu)提出了TE偏置的混合表面等離子波導(dǎo)布拉格光柵，并在光柵中引入缺陷態(tài)實(shí)現(xiàn)了法布里-珀羅腔的濾波特性。對(duì)于TM偏置的混合等離子結(jié)構(gòu)，分析和討

4、論了基于多模干涉效應(yīng)的功分器以及微環(huán)諧振器件。
　　4.采用電子束光刻、感應(yīng)耦合等離子刻蝕等加工工藝，在SOI平臺(tái)上制作了基于TM偏置的錐形過渡波導(dǎo)、十字交叉波導(dǎo)、微碟等基本MOS混合等離子光波導(dǎo)器件，并通過光柵耦合測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試和表征。
　　5.研究了表面等離子激元光波導(dǎo)的可調(diào)器件。利用石墨烯材料的優(yōu)異性質(zhì)，提出和分析了graphene-oxide-silicon的電光調(diào)制特性，并對(duì)石墨烯表面等離子波和MOS波導(dǎo)結(jié)