本文關鍵詞：基于表面等離子體激元的諧振腔傳輸特性研究

  更多相關文章： 表面等離子體激元 諧振腔 增益介質

【摘要】：現代信息技術的迅猛發(fā)展,使得元器件的高速化、微型化和高度集成化成為必然的趨勢。光子互連器件在海量數據的高速傳輸方面有著電子器件無法相比的優(yōu)勢。但由于受到衍射極限的限制,傳統光子器件不能與電子器件實現有效地集成。隨著微納加工技術和集成光學的發(fā)展,研究者們不斷探索如何突破衍射極限,在納米尺度上實現光的產生、傳輸、調制等,以獲得更快速、高效的光子器件,為實現電子與光子元件的芯片集成,乃至納米全光回路奠定基礎。表面等離子體激元(surface plasmon polaritons,SPPs)以其特殊的光學性質,成為納米光子學中的一大研究熱點。SPPs是一種局域在金屬/介質界面的電磁波,在垂直于界面方向,光場能量呈指數衰減。這種電磁模式實質上是金屬表面自由電子與光場耦合產生的自激振蕩,具有很強的表面束縛性,可以突破衍射極限,因此SPPs器件可以縮小到納米量級,實現向亞波長尺度的跨越。在傳統硅基集成回路中,光學諧振腔是一種應用極為廣泛的單元,SPPs微腔將SPPs和微腔的共振特性結合起來,可以同時突破衍射極限以及實現腔內能量的增強,受到了越來越多的關注。本論文研究了基于MDM狹縫波導的SPPs諧振腔傳輸特性,通過有限元方法(FEM)模擬波導諧振腔的透射、反射光譜,以及對應的電磁場分布。探究了結構參數對于諧振腔傳輸特性的影響,以優(yōu)化器件尺寸。考慮到表面波的傳輸距離受金屬損耗的影響,引入了增益介質對模式的傳輸損耗進行補償,以實現近紅外波段的低損耗甚至無損耗表面波傳輸,提高SPPs諧振腔的傳輸特性。本論文還研究了平面金屬光柵結構中的太赫茲波段SPPs。分析了結構幾何參數對表面電磁模式的色散特性的影響,確定其影響的范圍和強度。利用優(yōu)化的結構參數設計了基于表面光柵結構的SPPs腔,并確定了增益介質的引入對諧振腔開/關態(tài)控制的提升作用。以上針對帶增益介質的SPPs腔的研究,為中紅外和太赫茲波段的開關以及激光器應用提供了方案。
【關鍵詞】：表面等離子體激元 諧振腔 增益介質
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN25
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-22
• 1.1 引言8
• 1.2 表面等離子體激元簡介8-15
• 1.2.1 表面等離子體激元的色散關系8-12
• 1.2.2 表面等離子體激元的激發(fā)方式12-15
• 1.3 SPPs諧振腔及其研究概況15-20
• 1.3.1 MDM狹縫波導結構的SPPs微環(huán)諧振腔15-16
• 1.3.2 研究現狀16-19
• 1.3.3 總結19-20
• 1.4 本文的主要研究內容20-22
• 2 狹縫波導的基本性質與計算方法22-36
• 2.1 嵌入式狹縫波導及其非線性調控22-28
• 2.1.1 基本原理22-24
• 2.1.2 非線性調控24-28
• 2.2 平面式狹縫波導28-31
• 2.2.1 電介質-金屬-電介質（IMI）平板狹縫波導30-31
• 2.2.2 金屬-電介質-金屬（MIM）平板狹縫波導31
• 2.3 有限寬度的平面式狹縫波導（金屬條形波導）31-34
• 2.3.1 對稱式條形波導31-34
• 2.3.2 非對稱式條形波導34
• 2.4 數值模擬方法34-35
• 2.4.1 時域有限差分法35
• 2.4.2 有限元方法35
• 2.5 本章小結35-36
• 3 基于MDM狹縫波導的微盤諧振腔傳輸特性研究36-48
• 3.1 諧振腔的傳輸特性理論分析36-39
• 3.2 MDM微盤諧振腔的傳輸特性39-43
• 3.2.1 單根波導的微盤諧振腔39-41
• 3.2.2 結構參數對傳輸特性的影響41-43
• 3.3 具有增益介質補償的微盤諧振腔43-47
• 3.3.1 表面波在金屬/增益介質開平面上的傳輸43-45
• 3.3.2 具有增益介質的諧振腔傳輸特性45-47
• 3.4 本章小結47-48
• 4 基于平面金屬光柵結構的太赫茲波段SPPs研究48-64
• 4.1 人工表面等離子體48-50
• 4.2 常見人工金屬表面結構50-53
• 4.3 平面金屬光柵的SSPPs特性研究53-58
• 4.3.1 SSPPs色散的理論分析53-55
• 4.3.2 平面金屬光柵結構中SSPPs的色散曲線計算模擬55-58
• 4.4 增益介質填充光柵凹槽的WRR特性研究58-62
• 4.4.1 WRR結構與傳輸特性分析58-59
• 4.4.2 填充增益介質對WRR傳輸特性的影響59-62
• 4.5 本章小結62-64
• 5 總結64-66
• 致謝66-68
• 參考文獻68-74
• 附錄74
• A 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄74
• B 作者在攻讀學位期間所授權專利74

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 郭俊平,李育德,劉靜倫;矩形諧振腔的失調分析[J];激光與紅外;2004年03期

2 楊明濤;董孝義;盛秋琴;崔國琪;;全光光纖諧振腔設計[J];紅外與激光技術;1993年03期

3 方洪烈;諧振腔的感度[J];光學學報;1981年02期

4 馮麗爽;鄧學文;任小元;劉惠蘭;;基于微光學結構的空芯光子帶隙光纖環(huán)形諧振腔研究[J];光學學報;2012年08期

5 王又青,安承武,丘軍林,陳清明;環(huán)形增益氣體激光器中諧振腔的研究進展[J];激光與光電子學進展;1998年05期

6 全亞民;丁耀根;王樹忠;;外加載諧振腔的理論計算與分析[J];強激光與粒子束;2008年05期

7 李宏棋;熊少華;程祖海;;高功率激光器抗失調諧振腔的實驗研究[J];光學與光電技術;2013年02期

8 魏光輝;;固體激光器諧振腔的設計方法[J];激光與紅外;1981年01期

9 劉惠蘭;潘在友;劉歡;王勇;;MOEMS陀螺諧振腔的閉環(huán)調整方案研究[J];光學技術;2010年02期

10 張光寅;;打孔用選模YAG脈沖激光器諧振腔的圖解分析[J];激光與紅外;1980年11期

中國重要會議論文全文數據庫 前6條

1 謝興娟;董玉和;黃傳祿;;抑制同軸諧振腔高次極化模式方法的研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

2 黃傳祿;董玉和;謝興娟;;漂移頭尺寸對同軸諧振腔模式參數的影響[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

3 溫丹丹;趙建林;李東;姜亞軍;;異面諧振腔中光軸擾動對陀螺性能的影響[A];2010年西部光子學學術會議摘要集[C];2010年

4 溫丹丹;李東;趙建林;;異面激光諧振腔內光軸擾動特性分析[A];2011西部光子學學術會議論文摘要集[C];2011年

5 何峰;王歡;褚慶昕;;調諧結構對介質諧振腔模式的影響[A];2005'全國微波毫米波會議論文集（第一冊）[C];2006年

6 洪瑋;于兵;劉旭;肖金標;孫小菡;;環(huán)形諧振腔性能研究[A];全國第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學學術會議論文集[C];2007年

中國博士學位論文全文數據庫 前8條

1 李霞;微環(huán)諧振腔在硅基光子集成器件中應用的研究[D];浙江大學;2016年

2 于長秋;光學環(huán)形諧振腔溫度和磁場傳感特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

3 錢江波;諧振腔介質微擾技術測量蒸汽濕度的理論與實驗研究[D];華北電力大學;2012年

4 郭俊旺;輻射劑量在體測量電子順磁共振諧振腔研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院;2015年

5 許志廣;貓眼諧振腔氦氖激光器及其位移傳感器[D];清華大學;2006年

6 庫進鋒;基于飛秒激光微納加工的回音壁模式諧振腔的研究[D];吉林大學;2015年

7 尉偉;微盤光諧振腔的制作研究[D];中國科學技術大學;2007年

8 魏青;大激勵區(qū)激光器諧振腔模場控制與光束質量改善研究[D];中國科學院研究生院（上海光學精密機械研究所）;1999年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 孫寶發(fā);諧振腔損耗測量系統的光學模式匹配研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

2 徐馳;基于環(huán)形諧振腔的可重構濾波器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 嚴曉哲;諧振腔法蒸汽濕度測量不確定度及水膜厚度測量研究[D];華北電力大學;2015年

4 梅勇;用于光緩存的狹縫微環(huán)諧振腔研究[D];華中科技大學;2014年

5 郭凱麗;硅基微環(huán)諧振腔的設計與制作[D];北京交通大學;2016年

6 曾志敏;微波強電磁場產生技術研究[D];電子科技大學;2016年

7 顏靜;基于表面等離子體激元的諧振腔傳輸特性研究[D];重慶大學;2016年

8 雷龍海;光學微環(huán)諧振腔應力調制研究[D];中北大學;2015年

9 張美鳳;諧振腔微擾法測量蒸汽濕度的誤差分析[D];華北電力大學;2013年

10 宋媛;異面環(huán)形諧振腔損耗儀的研究[D];西安電子科技大學;2009年

，

本文編號：531957