【摘要】：納米腔是一種尺寸在納米數(shù)量級的諧振腔,它的原理是在折射率不連續(xù)的介質(zhì)表面上的反射、衍射或者全反射等效應,把光約束限制在一個納米尺寸的區(qū)域內(nèi)。納米腔在光通信器件和激光器等領(lǐng)域具有廣泛而有前景的應用價值。近年來,表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)的混合等離子激元納米激光器吸引著廣大科研工作者的注意。它能夠突破衍射極限,在遠低于其衍射限制的情況下產(chǎn)生和維持光。其強烈、相干而且具有限制能力的光場,可以顯著提高光與物質(zhì)的相互作用,并且從根本上為生物傳感、數(shù)據(jù)存儲、光刻和光通信等領(lǐng)域帶來新的功能。然而現(xiàn)有的激光設(shè)計通常依賴于化學方法合成的納米線和納米微盤實現(xiàn)。這些化學合成的材料具有單晶等一系列優(yōu)點,但是其缺點也很明顯。這些結(jié)構(gòu)通常在基片上是隨機分布的,不適合于和片上的集成光回路之間的對接;同時,化學合成材料的形狀通常固定在特定的形狀,不具有好的方向性出射。為了解決這些問題,我們在論文中針對自上而下的物理制備過程設(shè)計了一種基于半導體-絕緣體-金屬的混合表面等離子納米腔,著重研究了制備過程中不可避免的因素,例如表面粗糙度,形變對于納米腔性質(zhì)的影響,并最終得到了一種具有高適應性的單向平面內(nèi)發(fā)射的納米激光器的設(shè)計。本論文集中研究了混合等離子體納米腔的構(gòu)型和激光出射特性,設(shè)計并仿真了一系列不同類型的納米腔,同時仿真研究了納米腔-波導的結(jié)構(gòu),在激光泵浦的條件下研究了納米腔的場分布、Q值變化以及激光定向出射的特性。本論文主要做出了以下工作:建立了一種三維納米腔結(jié)構(gòu),基于混合半導體-絕緣體-金屬的微腔結(jié)構(gòu),仿真研究了納米腔的場分布和Q值等性質(zhì)。接著,通過改變納米腔的形狀,對納米腔的外邊界和內(nèi)邊界等的形變研究了納米腔的Q值、有效模體積和珀塞爾因子等,我們的結(jié)果表明納米腔具有非常好的抗外界干擾能力以及較好的穩(wěn)定性能。提出了一種納米腔-波導的新型結(jié)構(gòu),得到了沿波導的單向出射。同時,改變波導寬度、納米腔表面粗糙度等,仿真研究了納米腔定向出射激光Q值、有效模體積、珀塞爾因子等參數(shù)對于制備中變量的依賴,說明我們的設(shè)計具有很好的穩(wěn)定性以及魯棒性。
[Abstract]:Nano-cavity is a kind of resonator of nanoscale size. Its principle is reflection diffraction or total reflection on the surface of discontinuous refractive index which restricts the light to a nanometer-size region. Nano-cavity has a wide range of promising applications in optical communication devices and lasers. In recent years, the surface plasmon polaritons (SPPs) hybrid plasmon nanocrystalline lasers (SPPs) have attracted the attention of many researchers. It can break through the diffraction limit and produce and maintain light well below its diffraction limit. The strong coherent and limited light field can significantly improve the interaction between light and matter and bring new functions to the fields of biosensor data storage lithography and optical communication. However, the existing laser design usually depends on the chemical synthesis of nanowires and nanowires. These chemically synthesized materials have a series of advantages such as single crystal, but their disadvantages are also obvious. These structures are usually randomly distributed on substrates and are not suitable for docking with integrated optical circuits on a chip. At the same time, the shapes of chemically synthesized materials are usually fixed in specific shapes and do not exhibit good directional emission. In order to solve these problems, we designed a hybrid surface plasma nanocavity based on semiconductors, insulators and metals for the top-down physical fabrication process in this paper. For example, the influence of surface roughness and deformation on the properties of nano-cavity is discussed. Finally, a highly adaptable unidirectional in-plane laser is designed. The configuration and laser emission characteristics of hybrid plasma nanocavity are studied in this paper. A series of different types of nanocavity are designed and simulated, and the structure of nano-cavities and waveguides is also simulated. The variation of field distribution Q value and the characteristics of laser directed emission are studied under laser pumping. The main work of this thesis is as follows: a three-dimensional nanocavity structure is established. The field distribution and Q value of the nanocavity are simulated based on the microcavity structure of mixed semiconductor insulator and metal. Then, by changing the shape of the nanocavity, the Q value, the effective mode volume and the Purcell factor of the nanoscale cavity are studied by deforming the outer and inner boundaries of the nano-cavity. Our results show that the nanocavity has a very good ability to resist external interference and good stability. A novel structure of nanoscale cavities and waveguides is proposed, and the unidirectional emission along the waveguide is obtained. At the same time, the dependence of parameters such as Q value, effective mode volume, and Purcell factor on the parameters of the fabrication process is simulated by changing the waveguide width and the surface roughness of the nano-cavity. It shows that our design has good stability and robustness.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐利;高逸暉;;控制殷鋼波導變形的工藝方法[J];電子工藝技術(shù);2009年04期

2 馬書燮;;光在周期分割的波導中的混沌行為[J];河南師范大學學報(自然科學版);2013年02期

3 黃宏嘉;遠程波導不規(guī)則性的普遍理論[J];電子學學報;1962年01期

4 潘中偉，劉成國，郭麗;東南沿海波導結(jié)構(gòu)的預報方法[J];電波科學學報;1996年03期

5 周海京,丁武,林為干,周傳明;任意截面波導中截止波長測試的一種新方法[J];強激光與粒子束;1999年04期

6 郭偉,金仲和,唐衍哲,徐貽斌,崔忠升,王躍林;一種新結(jié)構(gòu)的硅基無源環(huán)形波導式諧振腔[J];半導體光電;2003年01期

7 張中熙;楊鴻生;馬江鐳;陸鐘祚;;圓形-矩形雙槽波導結(jié)構(gòu)的進一步研究[J];真空電子技術(shù);1993年05期

8 張立剛;寧輝;邵浩;陳昌華;宋志敏;;矩形開口波導天線特性的數(shù)值模擬[J];強激光與粒子束;2009年04期

9 高福斌,張平,金鋒,葉成,馮知明;極化聚合物薄膜波導的光學特性[J];發(fā)光學報;1999年02期

10 朱小平;胡斌杰;韋崗;;等離子體圓柱波導的頻率相關(guān)性[J];微波學報;2006年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 梁華偉;阮雙琛;張敏;蘇紅;權(quán)潤愛;史學舜;;彎曲波導耦合理論研究[A];第九屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集（上冊）[C];2010年

2 張玲芬;;左手介質(zhì)圓柱形波導的模式特性分析[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

3 趙柳;劉慶想;李相強;李軍;;徑向波導模式分析[A];四川省電子學會高能電子學專業(yè)委員會第四屆學術(shù)交流會論文集[C];2005年

4 曹斌照;許福永;;傅立葉展開-差分法分析H波導[A];2007年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2007年

5 龐拂飛;韓秀友;蔡海文;瞿榮輝;方祖捷;;溶膠-凝膠波導環(huán)形諧振腔的實驗研究[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學學術(shù)會議論文集[C];2005年

6 樊德森;;波導結(jié)和波導-喇叭輻射器分析導波數(shù)值邊界條件及其應用[A];1991年全國微波會議論文集（卷Ⅱ）[C];1991年

7 吳自浩;顧平;;大型組合變換波導加工工藝探析[A];中國電子學會生產(chǎn)技術(shù)學分會機械加工專業(yè)委員會第七屆學術(shù)年會論文集[C];1998年

8 張新定;賴冬梅;翁寶龍;;波導結(jié)構(gòu)中的幾何光傳輸(英文)[A];第十五屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2012年

9 許雄;魏彥玉;沈飛;殷海榮;劉洋;黃民智;徐進;王戰(zhàn)亮;宮玉彬;王文祥;;正弦波導的電磁特性及其在太赫茲波段的應用[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

10 陳敘;李錫華;趙龍;李霞;王明華;;電場輔助擴散對玻璃離子交換波導的影響[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學學會2004年學術(shù)大會論文集[C];2004年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 陳朋鑫;硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應用[D];浙江大學;2015年

2 廖家莉;微納硅波導中超短脈沖非線性傳輸特性研究[D];國防科學技術(shù)大學;2014年

3 方宜嬌;新型表面等離激元波導的耦合效應及其設(shè)計[D];南京大學;2011年

4 孔祥天;亞衍射表面等離激元波導的光學性質(zhì)[D];南開大學;2013年

5 趙懷成;波導縫隙天線陣列及功率合成波導透鏡天線的研究[D];南京理工大學;2011年

6 虞華康;納米線波導的非線性光學效應及應用研究[D];浙江大學;2013年

7 郭英楠;基于表面等離子體激元的微納波導的光控研究[D];大連理工大學;2014年

8 陳芝花;波導中模的漸近解及其在波傳播計算中的應用[D];浙江大學;2008年

9 廖紹偉;異向波導的研究[D];電子科技大學;2010年

10 朱君;微納結(jié)構(gòu)中表面等離子體激元的放大與傳播研究[D];燕山大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 侯康;基于SOI波導結(jié)構(gòu)的偏振控制器的設(shè)計優(yōu)化研究[D];北京理工大學;2016年

2 李博雅;硅基縫波導的偏振特性和非對稱波導的偏振分束[D];中南民族大學;2015年

3 秦菲菲;基于類表面等離激元共振的亞波長微波波導研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 宋宜梅;表面等離子體光纖波導的模式特性及色散調(diào)制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

5 王瑜;基于混合等離子體的納米腔中激光定向出射的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

6 陳穎;基于復合左右手波導的非等間距諧振波導隙縫陣的研究[D];電子科技大學;2011年

7 李麗絲;高速鐵路環(huán)境下矩形漏波導輻射特性的研究[D];北京交通大學;2012年

8 高逸暉;殷鋼波導變形分析及控制[D];西安電子科技大學;2007年

9 劉科檢;深亞波長金屬—介電復合波導結(jié)構(gòu)的模式分析和傳輸線理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

10 鄢良才;電磁波在波導中的異常傳播研究[D];電子科技大學;2002年

，

本文編號：2131572