本文關(guān)鍵詞：帶有增益介質(zhì)的混合表面等離子體波導(dǎo)的設(shè)計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著集成光學(xué)的迅速發(fā)展,表面等離子體因其獨特的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景成為學(xué)術(shù)界的研究熱點。表面等離子體激元(SPPs)是外界電磁場與金屬表面自由電子相互作用而形成的一種強烈束縛在金屬-介質(zhì)界面上的電磁表面波,具有高度局域化和近場增強的特性�；赟PPs的表面等離子體波導(dǎo)能突破傳統(tǒng)光波導(dǎo)的衍射極限,實現(xiàn)亞波長尺寸的光限制和傳輸,從而促進光子器件的微型化、高度集成化。在眾多類型的表面等離子體波導(dǎo)中,混合表面等離子體波導(dǎo)體現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢,兼具較強的光場限制能力和較低的傳輸損耗。本文將增益介質(zhì)引入混合表面等離子體波導(dǎo)中,設(shè)計了兩種不同的新型混合表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并利用有限元法對這兩種結(jié)構(gòu)的特性進行了深入研究,為表面等離子體納米激光器等新一代微納光子集成器件的研制提供了一定的理論基礎(chǔ)和設(shè)計思路。本文的主要工作如下:(1)在表面等離子體的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用前景下,介紹了表面等離子體和表面等離子體波導(dǎo)的基本理論,重點分析了混合表面等離子體波導(dǎo)的特點和優(yōu)勢,并闡述了光波導(dǎo)材料和數(shù)值計算方法——有限元法,為后續(xù)新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研究提供了理論基礎(chǔ)。(2)設(shè)計了一種帶有增益介質(zhì)的基于圓柱形納米線的混合表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu),利用有限元法在可見光波長下研究了該波導(dǎo)基模的電場分布及幾何參數(shù)對模式特性的影響,并計算了基于該混合波導(dǎo)的納米激光器的增益閾值。結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)具有深亞波長約束下的低損耗特性。通過優(yōu)化幾何參數(shù),在保持超深亞波長的場限制能力的同時得到最低的增益閾值。該結(jié)構(gòu)與同類耦合雙納米線結(jié)構(gòu)相比在相同的幾何參數(shù)下具有更低的閾值。(3)設(shè)計了一種帶有增益介質(zhì)的金屬-半導(dǎo)體雙肋型混合表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu),利用有限元法仿真模擬了該波導(dǎo)在紅外波長下基模的電場分布,分析了模式特性和增益閾值隨幾何參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對光場的超深亞波長約束且具有較低的傳播損耗和增益閾值。通過優(yōu)化其幾何參數(shù),波導(dǎo)的特性達到最佳。與先前報道的金屬碟型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比,在相同的幾何參數(shù)下該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了更強光場限制的同時進一步降低了傳播損耗。該結(jié)構(gòu)可作為低閾值納米激光器,在高密度光子集成系統(tǒng)和光電集成電路等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：表面等離子體 混合表面等離子體波導(dǎo) 增益介質(zhì) 有限元法 模式特性
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN252
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 表面等離子體的發(fā)展概況12-13
• 1.3 表面等離子體的應(yīng)用領(lǐng)域13-17
• 1.4 表面等離子體的未來發(fā)展趨勢17-18
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 表面等離子體及表面等離子體波導(dǎo)的基本理論和研究方法19-43
• 2.1 引言19
• 2.2 表面等離子體的基本理論19-28
• 2.2.1 色散關(guān)系19-23
• 2.2.2 表面等離子體的特征參數(shù)23-25
• 2.2.3 表面等離子體的激發(fā)方式25-28
• 2.3 表面等離子體波導(dǎo)28-30
• 2.4 光波導(dǎo)材料30-32
• 2.5 數(shù)值計算方法32-41
• 2.5.1 有限元法32-34
• 2.5.2 電磁場的有限元法34-36
• 2.5.3 COMSOL Multiphysics軟件36-38
• 2.5.4 相關(guān)特性參數(shù)的計算38-41
• 2.6 本章小結(jié)41-43
• 第3章 基于圓柱形納米線的混合表面等離子體波導(dǎo)的設(shè)計與研究43-51
• 3.1 引言43-44
• 3.2 波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與電場分布44-45
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計44
• 3.2.2 電場分布44-45
• 3.3 波導(dǎo)特性的分析45-50
• 3.3.1 間隙寬度和納米線半徑對波導(dǎo)特性的影響46-48
• 3.3.2 間隙高度對波導(dǎo)特性的影響48-49
• 3.3.3 波導(dǎo)特性比較49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 金屬-半導(dǎo)體雙肋型混合表面等離子體波導(dǎo)的設(shè)計與研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電場分布51-53
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計51-52
• 4.2.2 電場分布52-53
• 4.3 波導(dǎo)特性的分析53-60
• 4.3.1 金屬肋頂角和肋部高度對波導(dǎo)特性的影響54-56
• 4.3.2 金屬肋頂端半徑和間隙寬度對波導(dǎo)特性的影響56-59
• 4.3.3 波導(dǎo)特性比較59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果69-70
• 致謝70

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張兵心;陳淑芬;付雷;鄒正峰;孟彥彬;;基于表面等離子體激發(fā)的光學(xué)操控技術(shù)[J];中國激光;2012年06期

2 陳靖;陸文強;孫騫;;表面等離子體環(huán)形共振器的濾波性質(zhì)[J];物理實驗;2012年07期

3 王瑜;電致表面等離子體振子的色選吸收[J];現(xiàn)代顯示;1997年01期

4 夏松;楊冬曉;;雙層金屬環(huán)形陣列的太赫茲表面等離子體研究[J];激光與紅外;2014年08期

5 楊華,唐永新,吳念樂,郭繼華,李師群;一種新的調(diào)Q方法-表面等離子體波調(diào)Q[J];量子電子學(xué)報;1999年06期

6 王向賢;葉松;余建立;許雪艷;許明坤;;表面等離子體干涉光刻理論計算(英文)[J];浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版);2012年02期

7 黃洪;趙青;焦蛟;梁高峰;黃小平;;深亞波長約束的表面等離子體納米激光器研究[J];物理學(xué)報;2013年13期

8 劉亞青;張玉萍;張會云;呂歡歡;李彤彤;任廣軍;;光抽運多層石墨烯太赫茲表面等離子體增益特性的研究[J];物理學(xué)報;2014年07期

9 陳全勝;佟玉瑩;莊園;蔣曉月;顧磊;王繼成;王躍科;;基于金屬狹縫-凹槽結(jié)構(gòu)單向激發(fā)表面等離子體[J];中國激光;2014年05期

10 周宏麗;王文波;;混合型表面等離子體波導(dǎo)中光學(xué)參量放大的研究[J];科技信息;2013年17期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 明海;王沛;魯擁華;;金屬復(fù)合微納結(jié)構(gòu)的表面等離子體的全光調(diào)控和傳感的研究[A];2008介觀光學(xué)及其應(yīng)用研討會論文集[C];2008年

2 曹爍暉;蔡偉鵬;謝堂堂;劉倩;劉曉慶;李耀群;;基于表面等離子體耦合定向熒光的生物傳感研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第09分會場摘要集[C];2010年

3 李海波;徐抒平;谷sソ

本文編號：471005