發(fā)布時間：2017-07-07 22:05

  本文關(guān)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(guān)文章： 表面等離子體激元 諧振腔 增益介質(zhì)

【摘要】：現(xiàn)代信息技術(shù)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(shù)據(jù)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(tǒng)光子器件不能與電子器件實(shí)現(xiàn)有效地集成。隨著微納加工技術(shù)和集成光學(xué)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(shí)現(xiàn)光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制等,以獲得更快速、高效的光子器件,為實(shí)現(xiàn)電子與光子元件的芯片集成,乃至納米全光回路奠定基礎(chǔ)。表面等離子體激元(surface plasmon polaritons,SPPs)以其特殊的光學(xué)性質(zhì),成為納米光子學(xué)中的一大研究熱點(diǎn)。SPPs是一種局域在金屬/介質(zhì)界面的電磁波,在垂直于界面方向,光場能量呈指數(shù)衰減。這種電磁模式實(shí)質(zhì)上是金屬表面自由電子與光場耦合產(chǎn)生的自激振蕩,具有很強(qiáng)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(shí)現(xiàn)向亞波長尺度的跨越。在傳統(tǒng)硅基集成回路中,光學(xué)諧振腔是一種應(yīng)用極為廣泛的單元,SPPs微腔將SPPs和微腔的共振特性結(jié)合起來,可以同時突破衍射極限以及實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)能量的增強(qiáng),受到了越來越多的關(guān)注。本論文研究了基于MDM狹縫波導(dǎo)的SPPs諧振腔傳輸特性,通過有限元方法(FEM)模擬波導(dǎo)諧振腔的透射、反射光譜,以及對應(yīng)的電磁場分布。探究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對于諧振腔傳輸特性的影響,以優(yōu)化器件尺寸�？紤]到表面波的傳輸距離受金屬損耗的影響,引入了增益介質(zhì)對模式的傳輸損耗進(jìn)行補(bǔ)償,以實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)中的太赫茲波段SPPs。分析了結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)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(qiáng)度。利用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計了基于表面光柵結(jié)構(gòu)的SPPs腔,并確定了增益介質(zhì)的引入對諧振腔開/關(guān)態(tài)控制的提升作用。以上針對帶增益介質(zhì)的SPPs腔的研究,為中紅外和太赫茲波段的開關(guān)以及激光器應(yīng)用提供了方案。
【關(guān)鍵詞】：表面等離子體激元 諧振腔 增益介質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(guān)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(dǎo)結(jié)構(gòu)的SPPs微環(huán)諧振腔15-16
• 1.3.2 研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.3 總結(jié)19-20
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 2 狹縫波導(dǎo)的基本性質(zhì)與計算方法22-36
• 2.1 嵌入式狹縫波導(dǎo)及其非線性調(diào)控22-28
• 2.1.1 基本原理22-24
• 2.1.2 非線性調(diào)控24-28
• 2.2 平面式狹縫波導(dǎo)28-31
• 2.2.1 電介質(zhì)-金屬-電介質(zhì)（IMI）平板狹縫波導(dǎo)30-31
• 2.2.2 金屬-電介質(zhì)-金屬（MIM）平板狹縫波導(dǎo)31
• 2.3 有限寬度的平面式狹縫波導(dǎo)（金屬條形波導(dǎo)）31-34
• 2.3.1 對稱式條形波導(dǎo)31-34
• 2.3.2 非對稱式條形波導(dǎo)34
• 2.4 數(shù)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(jié)35-36
• 3 基于MDM狹縫波導(dǎo)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(dǎo)的微盤諧振腔39-41
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳輸特性的影響41-43
• 3.3 具有增益介質(zhì)補(bǔ)償?shù)奈⒈P諧振腔43-47
• 3.3.1 表面波在金屬/增益介質(zhì)開平面上的傳輸43-45
• 3.3.2 具有增益介質(zhì)的諧振腔傳輸特性45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 基于平面金屬光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中SSPPs的色散曲線計算模擬55-58
• 4.4 增益介質(zhì)填充光柵凹槽的WRR特性研究58-62
• 4.4.1 WRR結(jié)構(gòu)與傳輸特性分析58-59
• 4.4.2 填充增益介質(zhì)對WRR傳輸特性的影響59-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 5 總結(jié)64-66
• 致謝66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 附錄74
• A 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄74
• B 作者在攻讀學(xué)位期間所授權(quán)專利74

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭俊平,李育德,劉靜倫;矩形諧振腔的失調(diào)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(shè)計[J];紅外與激光技術(shù);1993年03期

3 方洪烈;諧振腔的感度[J];光學(xué)學(xué)報;1981年02期

4 馮麗爽;鄧學(xué)文;任小元;劉惠蘭;;基于微光學(xué)結(jié)構(gòu)的空芯光子帶隙光纖環(huán)形諧振腔研究[J];光學(xué)學(xué)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(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)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(qiáng)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(diào)諧振腔的實(shí)驗研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2013年02期

8 魏光輝;;固體激光器諧振腔的設(shè)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(diào)整方案研究[J];光學(xué)技術(shù);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(shù)據(jù)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(shù)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(xué)學(xué)術(shù)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(nèi)光軸擾動特性分析[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

5 何峰;王歡;褚慶昕;;調(diào)諧結(jié)構(gòu)對介質(zhì)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(biāo);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(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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

2 于長秋;光學(xué)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(xué);2016年

3 錢江波;諧振腔介質(zhì)微擾技術(shù)測量蒸汽濕度的理論與實(shí)驗研究[D];華北電力大學(xué);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(xué)科學(xué)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(xué);2006年

6 庫進(jìn)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(xué);2015年

7 尉偉;微盤光諧振腔的制作研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

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

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

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

3 嚴(yán)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(xué);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(xué);2014年

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

6 曾志敏;微波強(qiáng)電磁場產(chǎn)生技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);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(xué);2016年

8 雷龍海;光學(xué)微環(huán)諧振腔應(yīng)力調(diào)制研究[D];中北大學(xué);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(xué);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(xué);2009年

，

本文編號：531957