本文關(guān)鍵詞：幾種MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的表面等離激元誘導(dǎo)透明及慢光效應(yīng)的理論研究

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【摘要】：面對(duì)光學(xué)元器件多元化的發(fā)展需求,具有透射性強(qiáng),亞波長局域等特點(diǎn)的表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)越來越受到人們的廣泛關(guān)注。SPPs是一種存在于金屬-介質(zhì)交界面上,在外部入射場與金屬表面自由電子共同激蕩的作用下產(chǎn)生的沿金屬表面?zhèn)鞑ゲ⑹`于其上的電磁波。SPPs的存在突破了衍射極限,使得納米尺度光子器件在亞波長范圍內(nèi)對(duì)光場的調(diào)控成為可能�；赟PPs的理論基礎(chǔ),本文對(duì)亞波長金屬波導(dǎo)的一種典型結(jié)構(gòu):金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal,MIM)波導(dǎo)進(jìn)行了深入研究。本文從下幾個(gè)方面給出研究內(nèi)容:1.基于表面等離子體的相關(guān)理論,提出了一種帶有多個(gè)有限長耦合金屬諧振腔(Coupled-Metal-Cavity,CMC)的MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。利用COMSOL Multiphysics的模式求解器對(duì)CMC中的SPPs模式的色散關(guān)系進(jìn)行了研究,給出了不同數(shù)量CMC的色散關(guān)系。研究了帶有數(shù)個(gè)耦合金屬諧振腔的MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的透射譜及不同谷值位置處對(duì)應(yīng)的模式分布。當(dāng)相鄰的模式離得足夠近時(shí),發(fā)生相消干涉將會(huì)產(chǎn)生表面等離激元誘導(dǎo)透明(Plasmon-induced transparency,PIT)現(xiàn)象。總結(jié)得出CMC的數(shù)量與PIT窗口數(shù)量間的關(guān)系以及CMC結(jié)構(gòu)參數(shù)與窗口位置間的關(guān)系。并根據(jù)這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一種四耦合諧振腔的多通道添加-刪除耦合器,可應(yīng)用于多通道波分復(fù)用器等光子器件中。2.研究了帶有亞波長矩形金屬耦合諧振環(huán)的金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波特性。通過在MIM波導(dǎo)兩邊添加兩個(gè)邊長不同的矩形環(huán)金屬諧振腔構(gòu)建出兩個(gè)失諧共振態(tài)。利用失諧共振態(tài)之間的相位耦合,可以實(shí)現(xiàn)多等離激元誘導(dǎo)透明效應(yīng)。通過有限元方法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真發(fā)現(xiàn),三階失諧共振將產(chǎn)生一個(gè)PIT窗口。而對(duì)于二階失諧共振,根據(jù)失諧程度的不同則會(huì)產(chǎn)生一個(gè),兩個(gè)或三個(gè)PIT窗口。同時(shí)還研究了該結(jié)構(gòu)透射譜中PIT峰值位置處的電磁場分布,這種多等離激元誘導(dǎo)透明結(jié)構(gòu)在多通道濾波器,傳感器等光子器件的應(yīng)用中有著廣闊的前景。3.建立了一種凹槽支節(jié)型MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的傳輸線模型。利用有限元方法數(shù)值仿真對(duì)該結(jié)構(gòu)在750nm-1800nm波段內(nèi)的三個(gè)共振波長進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示透射譜谷值的位置隨凹槽的相對(duì)位置的增大/減小呈Z字型變化。理論上提出了對(duì)應(yīng)該MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸線模型,并通過與COMSOL數(shù)值仿真結(jié)果的對(duì)比,對(duì)該傳輸線模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。分析了模型存在微小偏差的原因是由于支節(jié)末端反射所產(chǎn)生的附加相位引起的。通過對(duì)Z字形拐點(diǎn)處電磁場分布的研究,討論了透射譜谷值變化的物理機(jī)制。提出一種失諧凹槽支節(jié)MIM波導(dǎo)結(jié)構(gòu),通過調(diào)整上下兩個(gè)支節(jié)結(jié)構(gòu)所帶凹槽的相對(duì)位置來改變兩部分結(jié)構(gòu)的失諧程度。仿真結(jié)果表明隨兩支節(jié)結(jié)構(gòu)失諧程度的增大,PIT峰值變大且紅移。同時(shí)也建立了該結(jié)構(gòu)下的傳輸線模型,對(duì)比了傳輸線模型與數(shù)值仿真下的透射譜,進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN814

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 韓張華;基于表面等離子體及半導(dǎo)體準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的光子器件研究[D];浙江大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1297951