基于帶增益介質(zhì)混合表面等離子體波導(dǎo)特性的研究.pdf

1、隨著光電子學(xué)、納米技術(shù)的飛速發(fā)展，集成光學(xué)對(duì)集成系統(tǒng)密度的要求逐漸提高。表面等離子體激元(SPPs)波導(dǎo)可以最大限度地把電磁場(chǎng)約束在金屬與介質(zhì)分界面處，在高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庾訉W(xué)應(yīng)用上有巨大的優(yōu)越性。它本質(zhì)是一種在金屬表面存在的自由振動(dòng)的電子與光子互相作用產(chǎn)生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿ǎ梢酝黄蒲苌錁O限的限制，使系統(tǒng)的集成密度得到極大增強(qiáng)。
　　本文基于表面等離子體波導(dǎo)理論，同時(shí)把增益介質(zhì)引入表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)了兩種混

2、合等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并利用有限元法對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行了深入研究，為新一代微納光子集成器件的研制提供了一定的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)思路。本文的主要工作如下：
　　(1)介紹了表面等離子體的背景發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并闡述了表面等離子體波導(dǎo)的相關(guān)理論和相應(yīng)的增益介質(zhì)材料，簡(jiǎn)述了波導(dǎo)器件加工工藝，重點(diǎn)分析了刻蝕技術(shù)。同時(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)明了數(shù)值計(jì)算方法—有限元法，并引出了基于有限元法的COMSOL Multiphysics軟件。這些理論分析為

3、以后波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究提供了相應(yīng)的依據(jù)。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種帶增益介質(zhì)InGaAsP的矩形納米管混合等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用有限元法分析了該混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基模電場(chǎng)分布以及模式特性隨幾何參數(shù)的變化。該結(jié)構(gòu)在高密度光子集成系統(tǒng)以及光電集成電路等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)設(shè)計(jì)了一種帶有增益介質(zhì)CdS納米線混合等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用有限元法仿真模擬了該波導(dǎo)在工作波長(zhǎng)下的基模電場(chǎng)分布以及基模的模式特性隨著所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)