MDM型表面等離子體納米波導(dǎo)器件的主動(dòng)式控制理論研究.pdf

1、如今每年所產(chǎn)生的信息量是成幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)信息的存儲(chǔ)和處理速度要求越來(lái)越高，所以對(duì)計(jì)算機(jī)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)性能的提升是通過(guò)集成更多半導(dǎo)體晶體管實(shí)現(xiàn)的，目前集成電路的制作工藝已經(jīng)發(fā)展到14nm級(jí)，即將接近物理極限水平。不久計(jì)算機(jī)提升的速度將跟不上信息的增長(zhǎng)的速度，該如何解決是個(gè)問(wèn)題?？茖W(xué)研究者們認(rèn)為最好的解決方法之一是用光信號(hào)取代電信號(hào)，研制出光子計(jì)算機(jī)取代電子計(jì)算機(jī)。但是受衍射極限的限制，光不能夠在納米尺度的集成器件里傳輸，表面等

2、離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使光在納米尺度的器件中傳輸成為了可能。目前許多學(xué)者在研究光波在基于SPPs納米波導(dǎo)中的傳輸特性，由于金屬-電介質(zhì)-金屬(Metal-Dielectric-Metal，MDM)波導(dǎo)具有亞波長(zhǎng)傳輸特性，因此成為研究的熱點(diǎn)。本文主要是究研MDM型波導(dǎo)如何主動(dòng)控制光波傳輸?shù)幕A(chǔ)理論，為此做了幾下學(xué)習(xí)和研究：
　　(1)研究了表面等離子體激元的基本特性、

3、SPPs的色散關(guān)系和在電介質(zhì)-金屬交界面的表面波的模式特性、SPPs四種特征長(zhǎng)度、SPPs的激發(fā)方式；重點(diǎn)研究了MDM型波導(dǎo)各階傳播模式存在的條件以及各階模式的色散關(guān)系。
　　(2)學(xué)習(xí)并理解時(shí)域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法的基本原理、計(jì)算區(qū)域的劃分、FDTD邊界條件、FDTD的數(shù)值穩(wěn)定條件；掌握FDTD的基本形式推導(dǎo)和激勵(lì)源的設(shè)置，重點(diǎn)研究完全匹配層(PML)的原理，并進(jìn)

4、行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(3)重點(diǎn)研究短支路MDM型波導(dǎo)的光譜傳輸特性，為此設(shè)計(jì)了三種短支路結(jié)構(gòu),分別是單支路、雙支路和雙支路回路結(jié)構(gòu)。分析研究表面等離子體波通過(guò)短支路結(jié)構(gòu)時(shí)的傳輸過(guò)程，根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果繪出透射譜曲線和單色光的透射率曲線，并對(duì)它們進(jìn)行深入分析和研究。
　　仿真結(jié)果再結(jié)合相關(guān)理論可以得出：短支路結(jié)構(gòu)的MDM型波導(dǎo)對(duì)光束具有截止的作用，通過(guò)改變MDM波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)可以主動(dòng)控制特定波長(zhǎng)的截止或通過(guò)。MDM波導(dǎo)可用于制作