基于表面等離子體的光學(xué)定向耦合器.pdf

1、現(xiàn)今為了獲得更快的信息傳輸速度和更大的信息運(yùn)載量，光子技術(shù)(以光子作為信息傳輸?shù)妮d體)逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)，但與傳統(tǒng)的電子器件(超大規(guī)模集成電路技術(shù))相比光子器件的小型化進(jìn)程則要落后很多。目前電子器件的尺寸已達(dá)到納米量級，而典型光波導(dǎo)的橫向尺寸仍停留在微米量級。表面等離子體的出現(xiàn)為解決上述尺寸匹配難題提供了一種新的解決方案，基于表面等離子體的器件同時擁有光學(xué)器件的傳輸信息大容量性和電子器件的小型化優(yōu)點(diǎn)，它為光電集成、全光集成的研究指明

2、了新的方向。
　　目前基于表面等離子體的光學(xué)器件已經(jīng)得到了廣泛的研究，有大量的器件結(jié)構(gòu)被提出，在眾多基于表面等離子體的光學(xué)器件中，光學(xué)定向耦合器是一種最基本的光學(xué)器件，它被廣泛用作分光計(jì)、光開關(guān)、信號檢測計(jì)，功率分配計(jì)等等，是集成光學(xué)器件的重要組成部分。因此對高集成度的光學(xué)定向耦合器的研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值。
　　本文主要研究了基于表面等離子體的光學(xué)定向耦合器，首先利用麥克斯韋電磁場理論對表面等離子體的基本性質(zhì)進(jìn)行了研究

3、，詳細(xì)討論了其產(chǎn)生條件、傳播方式、色散關(guān)系、激發(fā)方式、激發(fā)光的屬性、電磁場分布特點(diǎn)等等。其次介紹了計(jì)算電磁學(xué)中一種重要的數(shù)值模擬方法，即時域有限差分方法(Finite Difference Time Domain, FDTD)。詳細(xì)推導(dǎo)了單軸各向異性完美匹配層(UPML)中電磁場隨時間演化的微分方程，并進(jìn)行了離散化處理，得到了電磁場隨時間遞進(jìn)的差分方程。并利用時域有限差分方法對金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Meta

4、l, MIM)波導(dǎo)進(jìn)行了仿真計(jì)算，討論了其傳播模式，傳播損耗和光場分布特點(diǎn)等等。最后設(shè)計(jì)了以MIM波導(dǎo)為基礎(chǔ)的高集成度的光學(xué)定向耦合器，包括MIM二分支定向耦合器，變阻的MIM二分支定向耦合器和MIM環(huán)型定向耦合器，其尺寸都在納米量級。利用時域有限差分方法在MATLAB編程平臺上計(jì)算得到了器件的模擬情況。通過對器件仿真結(jié)果的分析，對所設(shè)計(jì)器件的功能、特性參數(shù)、品質(zhì)給出系統(tǒng)的評價，并對其中的物理過程給出了適當(dāng)?shù)慕忉?，研究表明這些結(jié)構(gòu)具有傳