本文選題：表面等離子波　切入點：對稱金屬包覆介質(zhì)波導　出處：《上海交通大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：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健１砻娴入x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(lǐng)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(jié)構(gòu),運用光學矩陣波導理論分析了表面等離子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(jié)果進行了數(shù)值模擬驗證。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)在對稱金屬包覆介質(zhì)波導結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了金屬包覆皺階周期性波導結(jié)構(gòu)。采用轉(zhuǎn)移矩陣理論,研究了金屬包覆皺階周期性波導結(jié)構(gòu)中表面等離子波的傳播特性,結(jié)果表明在金屬包覆皺階周期性波導結(jié)構(gòu)中存在著與結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)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(jié)構(gòu)進行了數(shù)值計算,模擬了表面等離子波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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了表面等離子波波長分波器。通過設(shè)計金屬包覆皺階周期性波導的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù),可設(shè)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)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波器的結(jié)構(gòu)參數(shù),可以實現(xiàn)對透射率光譜的調(diào)整。(4)提出了一種利用衰減全反射方法測量了共軛聚合物非共振區(qū)域二階超極化率分量的方法;基于共軛聚合物的一階和二價非線性電光效應對電光聚合物表面等離子波波導調(diào)制器進行了研制,其調(diào)制深度隨著直流偏壓的增加而增大。
[Abstract]:Surface plasma wave refers to the metal surface between free electrons and photons interact and external excitation in the mode of electromagnetic wave propagation in metal surface. The surface plasmon wave can be confined in nano devices with sub wavelength metal surface area, thus breaking the diffraction limit of conventional optical devices, optical devices to achieve success subwavelength scale leap. With the surface plasmon wave nano optical devices gradually in-depth study, the novel photonic devices and optical sensing micro nano devices will research field have more broad development prospects. The symmetrical metal cladding optical waveguide structure based on optical waveguide, using matrix theory to analyze the propagation of surface plasmon wave in nano optical devices, and method of numerical simulation is carried out to verify the theoretical results using finite difference time domain. The main research contents and conclusions are as follows: (1) coating based dielectric waveguide structure in a symmetrical metal, put forward the metal coated wrinkle order periodic waveguide structure. Using the transfer matrix theory, the propagation characteristics of metal clad corrugated surface plasma wave order periodic waveguide structure. The results show that there is a surface coating the plasma associated with the structural parameters of the wave band to order periodic waveguide structure in metal; using the finite-difference time-domain method, the metal coating wrinkle order periodic waveguide structure was calculated, simulated surface plasmon electromagnetic field distribution and spectrum characteristics of wavelet. (2) in order to base metal coated periodic waveguide on the structure, put forward the surface plasmon wavelength demultiplexer. Through the design of the structure parameters of metal coated wrinkle order periodic waveguide, surface plasmon can be of different wavelength of the incident wave Wavelength separation; metal using finite difference time domain method of different structural parameters of coated wrinkle order periodic waveguide surface plasmon wavelength demultiplexer is simulated, verified the surface plasma wave propagation characteristics of electromagnetic field and wave is divided in wavelength; realize working wavelength of 756nm and 892nm metal coated wrinkle order periodic waveguide surface plasmon wavelength demultiplexer, the splitting ratio reached 30.5dB and -29.2dB; by adjusting the structure parameters of corrugated metal cladding order periodic waveguide, surface plasmon can design different wavelength and wavelength demultiplexer. (3) coating based dielectric waveguide structure in a symmetrical metal. The surface plasma wave comb filter. The interference theory analyzes the basic properties of surface plasma wave transmission comb filter is discussed; the simulation software of FDTD Solutions to the same node using optical The surface plasma wave constitutive parameters of the comb filter was simulated and studied the spectrum characteristics of the electromagnetic field and the comb filter; by adjusting the structure parameters of surface plasmon wave comb filter, can achieve the transmission spectrum adjustment. (4) proposed a method for measuring the attenuated total reflection method of non resonance region two conjugated polymer hyperpolarizability components; conjugated polymer of the first and two price was developed on the nonlinear electro-optic effect of surface plasmon waveguide electro-optic polymer modulator based on the modulation depth increases with increasing DC bias.

【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4;TN713

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