【摘要】：光通信領(lǐng)域作為信息領(lǐng)域的重要支柱之一,近來不斷高速發(fā)展。隨著不斷精進(jìn)的納米材料加工技術(shù),為了解決器件發(fā)熱高、尺寸大、集成度低等一系列制約光通信發(fā)展的問題,科研人員在光通信領(lǐng)域基于表面等離激元將光通信器件和納米結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行研究。基于表面等離激元的光通信器件具有優(yōu)越的特性。它可以有效降低能量損耗,提高集成度,構(gòu)建亞波長(zhǎng)級(jí)別光器件。表面等離激元能在納米尺度上傳遞電磁波,有效突破衍射極限,且兼具增強(qiáng)透射的能力,因此在未來的光通信器件發(fā)展中必將占有重要的位置。金屬—絕緣體—金屬(metal-insulator-metal,MIM)波導(dǎo)有利于激發(fā)表面等離激元,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工性質(zhì)優(yōu)秀,不少科研人員都提出了基于MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光通信器件,比如馬赫曾德干涉儀、光開關(guān)、光傳感器等。因此了解MIM波導(dǎo)中表面等離激元的生產(chǎn)原理和物理性質(zhì)相當(dāng)重要�；诖�,本文主要完成了以下工作:首先,本文研究了金屬的Drude模型,從麥克斯韋方程組的積分形式開始,討論了表面等離激元的物理色散關(guān)系,以及表面等離激元波導(dǎo)的Poynting計(jì)算公式,并介紹兩種重要理論模型:耦合模理論以及散射矩陣?yán)碚?為后文提供理論支撐。其次,在理論和仿真的方面討論了單梯形腔和雙梯形腔等離子體帶阻濾波器的特性,同時(shí)還研究了隨腔體尺寸變化對(duì)系統(tǒng)透射譜圖的影響,并將其作為基本結(jié)構(gòu),進(jìn)一步分析了多梯形腔等離子體帶阻濾波器的性質(zhì)。最后,綜合上述的研究分析,本文提出了單邊和雙排三梯形腔等離子體帶阻濾波器。這兩種濾波器具有帶阻濾波范圍容易調(diào)諧的特點(diǎn),且前者適用于窄阻帶的情形,后者適用于寬阻帶。通過基于有限元法的Comsol軟件對(duì)結(jié)果仿真計(jì)算,作圖比較仿真數(shù)據(jù)的結(jié)果,嘗試解釋了濾波器透射譜圖中Fano峰形成的原因。綜上所述,本文的研究成果對(duì)光通信納米器件領(lǐng)域的研究和等離子體濾波器具有一定意義,也對(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)出更好的等離子體濾波器提供了理論依據(jù),對(duì)微納米級(jí)別光通信器件設(shè)計(jì)和仿真具有積極意義。
【圖文】：

學(xué)者基于表面等離激元進(jìn)行研究，并獲得重大進(jìn)展［１２＿１４］。逡逑在金屬表面光子和自由電子通過相互作用形成電磁振蕩的現(xiàn)象，稱為表面等逡逑離激元（ＳＰＰｓ），如圖１－ｌａ所示。固體物質(zhì)由帶正電的離子和自由電子組成。等離逡逑子態(tài)是固體中的電子受激躍遷到高能級(jí)的狀態(tài)。在某些特定頻率光入射后，金屬逡逑和絕緣體交界面處的電子與光子發(fā)生激烈的集體振蕩，生成一種帶有能量的表面逡逑波，，它就是表面等離子體激元。想要在金屬薄膜上將表面等離激元激發(fā)出來，就逡逑必須要使入射光的某些條件得到滿足［１３，１４］。而表面等離激元共振（ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎ逡逑ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，簡(jiǎn)稱ＳＰＲ）的形成與這些入射光有很大的關(guān)系，只有當(dāng)局域在納米金逡逑屬結(jié)構(gòu)表層的自由電子與入射光之間發(fā)生共振時(shí)才會(huì)出現(xiàn)ＳＰＲ。在這種共振效應(yīng)逡逑的影響下，金屬結(jié)構(gòu)表層的光場(chǎng)能量被強(qiáng)烈局域在亞微米尺度內(nèi)。從圖１－ｌｂ可逡逑以看出在絕緣體和金屬的交界處，ＳＰＰｓ的磁場(chǎng)強(qiáng)度值達(dá)到最大，坐標(biāo)軸的橫軸逡逑代表這兩種介質(zhì)的垂直方向

學(xué)者基于表面等離激元進(jìn)行研究，并獲得重大進(jìn)展［１２＿１４］。逡逑在金屬表面光子和自由電子通過相互作用形成電磁振蕩的現(xiàn)象，稱為表面等逡逑離激元（ＳＰＰｓ），如圖１－ｌａ所示。固體物質(zhì)由帶正電的離子和自由電子組成。等離逡逑子態(tài)是固體中的電子受激躍遷到高能級(jí)的狀態(tài)。在某些特定頻率光入射后，金屬逡逑和絕緣體交界面處的電子與光子發(fā)生激烈的集體振蕩，生成一種帶有能量的表面逡逑波，它就是表面等離子體激元。想要在金屬薄膜上將表面等離激元激發(fā)出來，就逡逑必須要使入射光的某些條件得到滿足［１３，１４］。而表面等離激元共振（ｓｕｒｆａｃｅ邋ｐｌａｓｍｏｎ逡逑ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，簡(jiǎn)稱ＳＰＲ）的形成與這些入射光有很大的關(guān)系，只有當(dāng)局域在納米金逡逑屬結(jié)構(gòu)表層的自由電子與入射光之間發(fā)生共振時(shí)才會(huì)出現(xiàn)ＳＰＲ。在這種共振效應(yīng)逡逑的影響下，金屬結(jié)構(gòu)表層的光場(chǎng)能量被強(qiáng)烈局域在亞微米尺度內(nèi)。從圖１－ｌｂ可逡逑以看出在絕緣體和金屬的交界處，ＳＰＰｓ的磁場(chǎng)強(qiáng)度值達(dá)到最大，坐標(biāo)軸的橫軸逡逑代表這兩種介質(zhì)的垂直方向
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN713;TN929.1

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