基于表面等離激元的非線性全光開關(guān)研究.pdf

1、表面等離激元(Surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是一種沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾姶艌瞿Ｊ?。它具有在亞波長尺度上控制光波傳播的能力,同時(shí)它還能對光進(jìn)行局域增強(qiáng);因此它為我們提供了一種在亞光波長尺度上實(shí)現(xiàn)低功率激光非線性的有效方法,這其中又特別是利用金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal,MIM)波導(dǎo)的非線性光學(xué)器件,因其具有結(jié)構(gòu)簡單,容易集成等優(yōu)勢而成為最近十年的研究熱點(diǎn)。本文將利用基于SPPs

2、的金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)的這些優(yōu)勢進(jìn)行全光開關(guān)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。
　　本文首先對MIM波導(dǎo)的色散方程進(jìn)行了數(shù)值求解;分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過周期性調(diào)制后的波導(dǎo),光子在其中傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶隙,形成透射譜禁帶。利用這一特點(diǎn)我們用改變絕緣體寬度的方法實(shí)現(xiàn)了納米尺度的金屬布拉格波導(dǎo)濾波器,并通過非對稱切趾函數(shù)對其進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),很好的實(shí)現(xiàn)了濾波器的旁瓣切趾。
　　然后用傳輸矩陣和布洛赫定理分析了缺陷模式布拉格波導(dǎo)的透過率特性,證明了缺陷的引入會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)

3、的透過率禁帶中出現(xiàn)缺陷模式。利用這一特點(diǎn),我們設(shè)計(jì)了基于缺陷模式的布拉格波導(dǎo)全光開關(guān),通過有限時(shí)域差分方法(FiniteDifferenceofTimeDomain,FDTD)驗(yàn)證了其可行性并討論了全光開關(guān)的三個(gè)重要性能參數(shù):消光比,泵浦光閾值以及開關(guān)響應(yīng)時(shí)間。
　　該開關(guān)雖然有易集成、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),但由于泵浦光和信號在空間上重疊不利于后續(xù)光路對信號光的進(jìn)一步處理,因此接下來我們又討論了對泵浦光的濾波。這部分的核心是對雙支節(jié)金

4、屬波導(dǎo)的濾波特性分析及其FDTD驗(yàn)證;通過傳輸線理論的分析我們發(fā)現(xiàn)只需對支節(jié)的幾個(gè)簡單結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定就可以實(shí)現(xiàn)對特定波長的光選擇性濾波。我們通過仿真設(shè)計(jì)得到了對泵浦光濾波的雙支節(jié)金屬波導(dǎo)濾波器,一定程度上實(shí)現(xiàn)了信號光與泵浦光的空間分離。
　　本文最后,用FDTD數(shù)值方法對棱鏡結(jié)構(gòu)全光開關(guān)進(jìn)行了模擬。在討論了Otto結(jié)構(gòu)中電介質(zhì)層厚度與激發(fā)SPPs效果的基礎(chǔ)上,確定了棱鏡結(jié)構(gòu)全光開關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后驗(yàn)證了開關(guān)的可行性并對其主要性能