本文選題：表面等離子體 + 波導　； 參考：《大連理工大學》2014年博士論文

【摘要】：為滿足高速和高密度信息技術的需求,近年來,基于表面等離子體激元的納米光子器件的研究呈現出迅猛發(fā)展的態(tài)勢,利用其對光波在亞波長尺寸上進行操縱與控制已經成為國際上的研究熱點問題之一。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),是在外加電磁場的誘導下,沿著介電常數符號相反的兩種介質分界面?zhèn)鬏數囊环N電磁表面波,其突出特點之一是能夠打破傳統(tǒng)光學器件波長衍射極限的限制,將電磁能量聚集在納米尺度范圍內,并且在金屬內部具有極短的穿透深度(納米級)。由于SPPs的亞波長局域、近場增強等特性,在納米光子學中發(fā)揮著重要作用。目前世界上多個研究小組利用SPPs原理提出并在理論和實驗上證明了金屬-介質-金屬(MIM)型波導結構具有超強的納米光局域能力,并且在可見光區(qū)域內傳輸損耗低,制造容易,更適合高密度集成。 本文主要利用離散偶極近似和時域有限差分這兩種理論計算的方法研究微納尺度的MIM功能型波導以及納米天線,主要工作包括以下四個方面： 一、提出了一種新型的腔體-通道波導結構,理論上證明了光路在微納波導中的多次90。彎折。結構中,腔體內部引入的超薄金屬膜作為光吸收裝置,將更多的入射光能量耦合進入系統(tǒng)內部；通道部分作為導波系統(tǒng)把光傳導出來。波導出口的位置及出口數量與光的傳播或截止關系也作了詳細地分析與闡述。該工作為微納米尺度的光控提供了一種新的方法并且有望應用于光電器件的小型化。(第三章) 二、提出了一種光傳播方向控制型波導--內嵌圓孔陣列的雙層銀膜波導結構。模擬結果顯示：若圓孔陣列傾斜,在膜間距縮小到10nm時,該結構具有超高的方向選擇性,且在結構共振時可有效地控制光傳播方向；若圓孔陣列垂直雙層膜,光波能夠局域在截面積為10x20nm2的狹窄區(qū)域內有效地傳播。此工作為亞波長尺寸的光傳播方向控制與光壓縮器件設計提供了新的方法。(第四章) 三、在近場納米光刻掩模板的理論模型基礎上,增加了凹槽結構,并對凹槽的參數及位置做了優(yōu)化并深入討論其物理機制,成功地將通道光刻的分辨率提高了3倍。加入凹槽改變了光刻通道出口處的表面等離子體激元波的相位分布,因此優(yōu)化凹槽的參數可以達到有效地消除相鄰通道之間干涉的目的,進而縮短通道之間的距離,提高掩模板的光刻分辨率。該改進后的結構可用于大面積高分辨率的光刻。(第五章) 四、對蝴蝶結納米天線的光學特性進行了理論分析,將各個參數(張角、狹縫、頂端寬度、臂長和厚度)對電場增強因子以及共振波長的影響進行了詳細地分析討論,并對比偶極天線的情況,探究其中的物理機制。該計算結果及所得出的結論為今后進行表面增強拉曼散射研究等實驗上設計合適的蝴蝶結天線具有指導意義。(第六章)
[Abstract]:In order to meet the needs of high speed and high density information technology, the research of nano-photonic devices based on surface plasmon has been developing rapidly in recent years. It has become one of the hot issues in the world to manipulate and control the subwavelength size of light waves. Surface Plasmon Polaritons, SPPsO, is an electromagnetic surface wave propagating along the interface of two dielectric media with opposite dielectric constant under the induction of an external electromagnetic field. One of its outstanding characteristics is that it can break through the limit of wavelength diffraction of traditional optical devices, gather electromagnetic energy in the nanoscale range, and have a very short penetration depth (nanoscale) in the metal. SPPs plays an important role in nanometer photonics due to its subwavelength localization and near field enhancement. At present, many research groups in the world have proposed and proved theoretically and experimentally that the metal-dielectric-metal Mimm waveguide structure has super local ability of nanometer light, and the transmission loss in visible region is low, so it is easy to manufacture. More suitable for high density integration. In this paper, MIM functional waveguides and nanoscale antennas are studied by using discrete dipole approximation and finite-difference time-domain (FDTD) methods. The main work includes the following four aspects: Firstly, a novel cave-channel waveguide structure is proposed. Bend. In the structure, the ultra-thin metal film introduced in the cavity is used as the optical absorption device, and more incident light energy is coupled into the system, while the channel part acts as the guided wave system to transmit the light out. The relationship between the position and the number of the waveguide outlet and the propagation or cut-off of light is also analyzed and explained in detail. This work provides a new method for micro-and nano-scale optical control and is expected to be applied to the miniaturization of optoelectronic devices. (chapter III) Secondly, a double-layer silver film waveguide structure with a circular hole array embedded in the waveguide is proposed. The simulation results show that if the circular aperture array tilts and the membrane spacing is reduced to 10nm, the structure has ultra-high directional selectivity and can effectively control the direction of light propagation when the structure resonates; if the circular aperture array is perpendicular to the bilayer film, Light waves can propagate locally in a narrow area with a cross-sectional area of 10x20nm2. This work provides a new method for the control of optical propagation direction and the design of optical compression devices with sub-wavelength size. (chapter IV) Thirdly, based on the theoretical model of near-field nanocrystalline lithography, the groove structure is added, and the parameters and position of the grooves are optimized and its physical mechanism is discussed. The resolution of channel lithography is improved by three times successfully. Adding grooves changes the phase distribution of surface plasmon waves at the exit of lithography channels, so optimizing the parameters of grooves can effectively eliminate the interference between adjacent channels and thus shorten the distance between channels. Improve lithography resolution of mask. The improved structure can be used for large area high resolution lithography. (chapter V) Fourthly, the optical characteristics of the bow nanowire antenna are theoretically analyzed, and the effects of various parameters (angle, slit, top width, arm length and thickness) on the electric field enhancement factor and resonance wavelength are analyzed and discussed in detail. The physical mechanism of the dipole antenna is discussed. The calculated results and the conclusions obtained are of guiding significance for the design of suitable bow-knot antennas in future experiments such as surface enhanced Raman scattering. (chapter VI)
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN814

【共引文獻】

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本文編號：1786092