【摘要】：全光二極管是集成光子回路應用上最基本的元器件,微納結構全光二極管能夠滿足集成化、微型化、低能耗、高速度等要求,研究制備出可調控的全光二極管,對光計算機、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導致產生異常透射的原理,來設計優(yōu)化全光二極管結構,使全光二極管的性能達到單向透過性最優(yōu)化。表面等離激元是在微納結構金屬表面的自由電子由于光子的激發(fā)作用下產生的共諧振蕩,是一種沿著金屬表面而不是在金屬內部傳播的電磁波。本學位論文便利用調節(jié)亞波長復合微納金屬結構從而調控表面等離激元的傳播規(guī)律、物理特性等來設計全光二極管。即本學位論文設計了三維孔槽復合結構的全光二極管,并對結構進行了系統(tǒng)的設計和優(yōu)化。工作內容及研究結果有以下幾個方面:(1)首先根據微納三維全光二極管結構的基本原理,選用Comsol軟件對三維孔槽結構進行模型建立,并根據已知文獻,設置參數,進行仿真計算,結果與已知文獻進行對比,調整,最后驗證確定模型的正確性。且得出結論單孔單槽相比單孔無槽結構透射率增強了約1.69倍,很大的增強了遠場透射。(2)其次在單孔單槽的基礎上,由于表面等離激元在對稱結構下效果最大的原理,設計單孔對稱凹槽模型,并計算仿真得出透射率與孔槽距離關系數據圖及單孔雙槽的電場模圖,分析對比為設計全光二極管提供數據。根據三維微納單孔單槽結構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。雙槽對稱結構相比于單槽結構更能激發(fā)SPPs,對透射的影響更大。單孔單槽的最大透射強度約1.69倍,而單孔雙槽結構的最大透射強度可以達到2.45倍。(4)最終設計最優(yōu)化全光二極管,根據前面的數據,確定凹槽的最優(yōu)化位置,建立模型,分別對不同的凹槽對數進行仿真模擬,得出透射率和消光比,從而選出最優(yōu)化的凹槽對數及位置即為上表面刻4對凹槽,下表面刻1對凹槽時的結構能使得單向透射達到最大化,最大透射率為5.83倍,消光比為11d B。且對應位置分別為:L_1=352nm,L_2=1200nm,L_3=2050nm,L_4=2920nm,下表面刻1對凹槽,且對應位置為L_1'=1000nm。
【圖文】：

圖 1.1 SPPs 在電介質界面兩側的電磁場分布 圖 1.2 介質分界面兩側電磁場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，能夠制破光學衍射極限的光子器件來替代現階段的電子元器件，，作為光通信技術以及計算機的基礎[29]�；诒砻娴入x激元設計的光子器件可以突破傳統(tǒng)的光學衍射

圖 1.1 SPPs 在電介質界面兩側的電磁場分布 圖 1.2 介質分界面兩側電磁場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，能夠制破光學衍射極限的光子器件來替代現階段的電子元器件，作為光通信技術以及計算機的基礎[29]�；诒砻娴入x激元設計的光子器件可以突破傳統(tǒng)的光學衍射
【學位授予單位】：西北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN31

【參考文獻】

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本文編號：2597537