基于表面等離子體的光學定向耦合器.pdf

1、現(xiàn)今為了獲得更快的信息傳輸速度和更大的信息運載量，光子技術(以光子作為信息傳輸?shù)妮d體)逐漸成為人們研究的熱點，但與傳統(tǒng)的電子器件(超大規(guī)模集成電路技術)相比光子器件的小型化進程則要落后很多。目前電子器件的尺寸已達到納米量級，而典型光波導的橫向尺寸仍停留在微米量級。表面等離子體的出現(xiàn)為解決上述尺寸匹配難題提供了一種新的解決方案，基于表面等離子體的器件同時擁有光學器件的傳輸信息大容量性和電子器件的小型化優(yōu)點，它為光電集成、全光集成的研究指明

2、了新的方向。
　　目前基于表面等離子體的光學器件已經(jīng)得到了廣泛的研究，有大量的器件結構被提出，在眾多基于表面等離子體的光學器件中，光學定向耦合器是一種最基本的光學器件，它被廣泛用作分光計、光開關、信號檢測計，功率分配計等等，是集成光學器件的重要組成部分。因此對高集成度的光學定向耦合器的研究具有重要的實際應用價值。
　　本文主要研究了基于表面等離子體的光學定向耦合器，首先利用麥克斯韋電磁場理論對表面等離子體的基本性質進行了研究

3、，詳細討論了其產(chǎn)生條件、傳播方式、色散關系、激發(fā)方式、激發(fā)光的屬性、電磁場分布特點等等。其次介紹了計算電磁學中一種重要的數(shù)值模擬方法，即時域有限差分方法(Finite Difference Time Domain, FDTD)。詳細推導了單軸各向異性完美匹配層(UPML)中電磁場隨時間演化的微分方程，并進行了離散化處理，得到了電磁場隨時間遞進的差分方程。并利用時域有限差分方法對金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Meta

4、l, MIM)波導進行了仿真計算，討論了其傳播模式，傳播損耗和光場分布特點等等。最后設計了以MIM波導為基礎的高集成度的光學定向耦合器，包括MIM二分支定向耦合器，變阻的MIM二分支定向耦合器和MIM環(huán)型定向耦合器，其尺寸都在納米量級。利用時域有限差分方法在MATLAB編程平臺上計算得到了器件的模擬情況。通過對器件仿真結果的分析，對所設計器件的功能、特性參數(shù)、品質給出系統(tǒng)的評價，并對其中的物理過程給出了適當?shù)慕忉?，研究表明這些結構具有傳