基于混合表面等離子體波導的紫外納米激光器的特性研究.pdf

1、隨著光子集成器件的發(fā)展，表面等離子體技術引起了眾多研究者的廣泛關注。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是在相對介電常數符號相反的兩種介質的界面?zhèn)鞑サ囊环N表面電磁波模式。它的表面波特性使得光能夠被緊緊的限制在界面處。同時它在空間尺寸上遠遠小于自由空間波長，從而不再受限于衍射極限。而表面等離子體波導具有不同于傳統光波導的特性，它能突破衍射極限，實現亞波長限制。在眾多類型的表面等離子體波導中，混

2、合表面等離子體波導兼具較強的光場限制能力和較低的傳輸損耗，體現出了其獨特的優(yōu)勢。另外，現行此類研究成果的工作波長大都是在紅外線和可見光波段。然而，紫外波段下的波導具有更廣泛的應用前景，例如：光通信、生物醫(yī)學等方面。本文根據表面等離子體與表面等離子體波導理論，在紫外波長下（工作波長為390nm）設計了一種新型的帶有金屬脊的混合表面等離子體波導結構，并利用有限元法對其特性進行了深入研究。將該結構應用于納米激光器，研究了激光器的電場分布和特性

3、參數。該結構為小型化和集成化的納米設備提供了技術支持，在生物醫(yī)學和光通信等領域有廣泛的應用前景。
　　本文的主要工作如下：
　　(1)介紹了表面等離子體的發(fā)展歷程和應用前景，闡述了表面等離子體與表面等離子體波導理論與研究方法，著重分析了混合表面等離子體波導的優(yōu)點和特性。
　　(2)提出并設計了一種新型帶有金屬脊的混合表面等離子體波導，研究了金屬脊的半徑、氟化鎂夾層的厚度以及納米線半徑對該波導基模特性的影響，分析了該波導

4、的電場分布、模式特性、傳播長度以及品質因數。結果表明適當調整幾何參數可以有效地降低其基模的傳輸損耗，同時保持超深亞波長的場限制能力。
　　(3)將所設計的混合表面等離子體波導應用于紫外納米納米激光器，并研究了相關特性。簡要闡述了增益介質使表面等離子體放大的原理，并介紹了一些可作為增益介質的材料。然后，在COMSOL Multipgysics軟件平臺上搭建三維數學模型，分析該納米激光器的電場分布，并研究了其增益閾值和品質因數。結果表