【摘要】：全光二極管是集成光子回路應(yīng)用上最基本的元器件,微納結(jié)構(gòu)全光二極管能夠滿足集成化、微型化、低能耗、高速度等要求,研究制備出可調(diào)控的全光二極管,對(duì)光計(jì)算機(jī)、光子回路的發(fā)展有重要的影響作用。本文利用表面等離激元會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生異常透射的原理,來(lái)設(shè)計(jì)優(yōu)化全光二極管結(jié)構(gòu),使全光二極管的性能達(dá)到單向透過(guò)性最優(yōu)化。表面等離激元是在微納結(jié)構(gòu)金屬表面的自由電子由于光子的激發(fā)作用下產(chǎn)生的共諧振蕩,是一種沿著金屬表面而不是在金屬內(nèi)部傳播的電磁波。本學(xué)位論文便利用調(diào)節(jié)亞波長(zhǎng)復(fù)合微納金屬結(jié)構(gòu)從而調(diào)控表面等離激元的傳播規(guī)律、物理特性等來(lái)設(shè)計(jì)全光二極管。即本學(xué)位論文設(shè)計(jì)了三維孔槽復(fù)合結(jié)構(gòu)的全光二極管,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。工作內(nèi)容及研究結(jié)果有以下幾個(gè)方面:(1)首先根據(jù)微納三維全光二極管結(jié)構(gòu)的基本原理,選用Comsol軟件對(duì)三維孔槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建立,并根據(jù)已知文獻(xiàn),設(shè)置參數(shù),進(jìn)行仿真計(jì)算,結(jié)果與已知文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比,調(diào)整,最后驗(yàn)證確定模型的正確性。且得出結(jié)論單孔單槽相比單孔無(wú)槽結(jié)構(gòu)透射率增強(qiáng)了約1.69倍,很大的增強(qiáng)了遠(yuǎn)場(chǎng)透射。(2)其次在單孔單槽的基礎(chǔ)上,由于表面等離激元在對(duì)稱結(jié)構(gòu)下效果最大的原理,設(shè)計(jì)單孔對(duì)稱凹槽模型,并計(jì)算仿真得出透射率與孔槽距離關(guān)系數(shù)據(jù)圖及單孔雙槽的電場(chǎng)模圖,分析對(duì)比為設(shè)計(jì)全光二極管提供數(shù)據(jù)。根據(jù)三維微納單孔單槽結(jié)構(gòu)中單凹槽到圓孔之間的距離d與透射率的透射譜,隨著凹槽位置的變化,規(guī)約化透射率呈周期性變化,且透射率的峰值隨著距離d逐漸減小,但透射率谷值基本保持穩(wěn)定。雙槽對(duì)稱結(jié)構(gòu)相比于單槽結(jié)構(gòu)更能激發(fā)SPPs,對(duì)透射的影響更大。單孔單槽的最大透射強(qiáng)度約1.69倍,而單孔雙槽結(jié)構(gòu)的最大透射強(qiáng)度可以達(dá)到2.45倍。(4)最終設(shè)計(jì)最優(yōu)化全光二極管,根據(jù)前面的數(shù)據(jù),確定凹槽的最優(yōu)化位置,建立模型,分別對(duì)不同的凹槽對(duì)數(shù)進(jìn)行仿真模擬,得出透射率和消光比,從而選出最優(yōu)化的凹槽對(duì)數(shù)及位置即為上表面刻4對(duì)凹槽,下表面刻1對(duì)凹槽時(shí)的結(jié)構(gòu)能使得單向透射達(dá)到最大化,最大透射率為5.83倍,消光比為11d B。且對(duì)應(yīng)位置分別為:L_1=352nm,L_2=1200nm,L_3=2050nm,L_4=2920nm,下表面刻1對(duì)凹槽,且對(duì)應(yīng)位置為L(zhǎng)_1'=1000nm。
【圖文】：

圖 1.1 SPPs 在電介質(zhì)界面兩側(cè)的電磁場(chǎng)分布 圖 1.2 介質(zhì)分界面兩側(cè)電磁場(chǎng)分布表面等離激元具有以上的特性，為光子代替電子的發(fā)展提供了可能性，能夠制破光學(xué)衍射極限的光子器件來(lái)替代現(xiàn)階段的電子元器件，，作為光通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)[29]�；诒砻娴入x激元設(shè)計(jì)的光子器件可以突破傳統(tǒng)的光學(xué)衍射

圖 1.1 SPPs 在電介質(zhì)界面兩側(cè)的電磁場(chǎng)分布 圖 1.2 介質(zhì)分界面兩側(cè)電磁場(chǎng)分布表面等離激元具有以上的特性，為光子代替電子的發(fā)展提供了可能性，能夠制破光學(xué)衍射極限的光子器件來(lái)替代現(xiàn)階段的電子元器件，作為光通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)[29]。基于表面等離激元設(shè)計(jì)的光子器件可以突破傳統(tǒng)的光學(xué)衍射
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597537