本文關(guān)鍵詞：基于納米狹縫的長程表面等離激元定向耦合器的研究

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【摘要】：表面等離激元光子學中一個重要的研究課題就是將自由空間的光耦合成表面等離激元(SPP)。通常采用透明棱鏡、金屬光柵結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光子和SPP之間的動量匹配。顯然,這些結(jié)構(gòu)太大,很難應(yīng)用于高度集成的光子電路和等離子器件中。實驗證明,許多納米結(jié)構(gòu),如納米狹縫、納米凹槽、類屋脊結(jié)構(gòu)、納米天線等,不僅能有效地將自由空間的光耦合成SPP,還能控制產(chǎn)生SPP的傳播方向。對比無限大金屬表面的SPP,長程表面等離激元(LRSPP)在損耗金屬中的色散較弱,損耗小,傳播距離更長。因此低損耗的LRSPP的定向耦合有著更加廣泛的需求。本文首先介紹了SPP的研究背景及其在生物化學傳感器、光存儲、光波導方面的應(yīng)用,接著主要調(diào)研了基于不同納米結(jié)構(gòu)的SPP定向耦合器的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章主要分析了SPP的色散關(guān)系和傳播特性,重點介紹了時域有限差分法(FDTD)的基本原理,包括Yee網(wǎng)格、數(shù)值穩(wěn)定條件、吸收邊界條件等。第三章回顧了LRSPP的發(fā)展歷史,介紹了LRSPP和短程SPP (SRSPP)的基本原理,并對比了它們的光學性質(zhì),接著由Durde模型出發(fā),介紹了幾種常見SPP的激發(fā)方式。第四章,為了實現(xiàn)穩(wěn)健的LRSPP的定向耦合和滿足寬帶寬等離子光路的需求,我們提出了一種新型的可見光波段的寬帶寬的基于納米狹縫的定向IRSPP耦合器。通過調(diào)節(jié)入射光的角度,就能控制產(chǎn)生的LRSPP的傳播方向。為了更好地發(fā)揮LRSPP定向耦合器的性能,首先分析了耦合器中存在的SPP模式,接著使用有限元仿真方法,系統(tǒng)研究了定向耦合器中的LRSPP模場分布,以及不同入射角情況下,結(jié)構(gòu)參數(shù)對耦合器的消光比、有效角寬度的影響。最后通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),獲得LRSPP定向耦合器的最大消光比高達28dB,有效帶寬為170nm,有效角寬度為300。我們所提出的LRSPP定向耦合器在等離子器件、高度集成等離子光路、光開光方面具有很大的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：納米光子學 長程表面等離激元 定向耦合器 納米狹縫
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG111;TP212
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 SPP的應(yīng)用10-12
• 1.2.1 生物傳感器方面的應(yīng)用10-11
• 1.2.2 光存儲方面的應(yīng)用11-12
• 1.3 定向SPP耦合器的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 基于單個狹縫的SPP定向耦合器12-13
• 1.3.2 基于兩個狹縫(凹槽)的定向SPP耦合器13-15
• 1.3.3 其他定向SPP耦合器15-16
• 1.4 本論文的創(chuàng)新點和章節(jié)安排16-19
• 2 SPP的基本理論19-31
• 2.1 Drude模型19-20
• 2.2 金屬-電介質(zhì)面SPP的傳播特性20-26
• 2.2.1 傳播波和倏逝波的性質(zhì)20-22
• 2.2.2 SPP簡介22-23
• 2.2.3 半無限大金屬-電介質(zhì)面SPP的基本性質(zhì)23-26
• 2.3 時域有限差分算法的基本原理26-29
• 2.3.1 Yee網(wǎng)格26-28
• 2.3.2 數(shù)值穩(wěn)定性條件28-29
• 2.3.3 吸收邊界條件29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 3 長程SPP傳播特性的研究31-43
• 3.1 長程SPP的發(fā)展史31-33
• 3.2 長程SPP的傳播特性33-38
• 3.2.1 LRSPP、SRSPP34-36
• 3.2.2 LRSPP的光學性質(zhì)36-38
• 3.3 SPP的激發(fā)方式38-41
• 3.3.1 衍射補償法39-40
• 3.3.2 衰減全反射法40-41
• 3.3.3 近場激發(fā)41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 4 基于納米狹縫的LRSPP定向耦合器的設(shè)計、分析43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 定向LRSPP耦合器的模式特性研究44-47
• 4.2.1 基于納米狹縫的定向LRSPP耦合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計44
• 4.2.2 定向LRSPP耦合器中的模式分析44-47
• 4.3 LRSPP耦合器定向耦合特性的研究47-53
• 4.3.1 LRSPP定向耦合器的耦合性能分析47-50
• 4.3.2 LRSPP定向耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 5 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻57-63
• 附錄63
• 作者簡介63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文63

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