金属—电介质—金属型表面等离子体光栅耦合模式优化仿真研究

论文摘要

表面等离子体是一种存在于金属和电介质界面的电子疏密波,它是由自由振动的电子和光子相互作用产生的沿着金属表面进行传播,在微纳米结构中对电磁波具有强烈的束缚作用和传导能力,表面等离子体拥有着许多特殊的效应和现象,被众多的研究学者所青睐。其中亚波长结构的光学器件,尤其是金属-电介质-金属型表面等离子体波导结构具有更为紧凑的结构而且对电磁波具有更强烈的束缚效果而被科研工作者深入研究;亚波长光栅结构中只存在零级衍射波,其波导结构简单同时也拥有着很高的衍射特性从而受到广泛关注。根据金属-电介质-金属型表面等离子体波导结构以及亚波长光栅波导结构的研究,本论文中将亚波长光栅结构和金属-介质-金属-波导结构相结合构成新的波导结构进行了建模仿真计算,本论文的主要研究内容如下:1.针对金属-电介质-金属波导结构,将光栅结构直接做在金属层上,构成金属光栅-电介质-金属波导结构,研究了该波导结构对电磁波局域效应和波导结构对电磁波的透射效应,根据时域有限差分方法计算了不同光栅结构参数对于金属光栅-介质-金属型表面等离子体波导的影响,并优化光栅结构参数实现了对640nm波长的单频光86%的透射率,探究该波导结构在光学集成方面的应用前景。2.针对金属-电介质-金属波导结构,将中间层的电介质层做成由不同介质结构组合形成的介质光栅结构,构成金属-介质光栅-金属表面等离子体波导,研究该波导结构对电磁场的束缚效应,以及结构参数对于表面等离子体激元的影响情况,优化介质光栅结构参数实现对于金属-介质光栅-金属波导结构表面等离子体的传输特性实现了特定波长的滤波效果达到了99.33%,对于波段450nm-480nm范围的滤波特性达到了94.2%以上。本论文中提出了两种基于金属-介质-金属波导结构和亚波长光栅相结合的波导结构,本论文中的研究成果对于纳米集成光子器件的优化设计提供了一种设计思路,在集成光学领域以及光通信领域有较大的应用前景和发展空间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   §1.1 选题目的及研究意义
•   §1.2 国内外研究现状
•     §1.2.1 表面等离子体研究历史
•     §1.2.2 表面等离子体的技术应用
•   §1.3 文章主要研究内容及结构安排
• 第二章 FDTD方法及表面等离子体理论
•   §2.1 引言
•   §2.2 麦克斯韦方程组及其FDTD形式
•   §2.3 吸收边界条件
•     §2.3.1 Mur吸收边界
•     §2.3.2 完全匹配层（PML）
•   §2.4 数值稳定性条件
•   §2.5 激励源的选用
•   §2.6 FDTD Solutions软件介绍
•   §2.7 表面等离子体理论
•   §2.8 本章小结
• 第三章 金属光栅-电介质-金属波导结构的设计与仿真
•   §3.1 引言
•   §3.2 金属光栅-电介质-金属波导结构理论基础
•   §3.3 金属光栅-电介质-金属波导结构建模计算
•   §3.4 金属光栅-电介质-金属波导结构仿真分析
•   §3.5 本章小结
• 第四章 金属-介质光栅-金属波导结构的设计与仿真
•   §4.1 前言
•   §4.2 金属-介质光栅-金属型波导结构建模
•   §4.3 金属-介质光栅-金属型波导结构仿真分析
•   §4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   §5.1 总结
•   §5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭云峰

导师: 高兴宇

关键词: 表面等离子体,亚波长光栅波导,金属电介质金属波导,时域有限差分方法

来源: 桂林电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 桂林电子科技大学

分类号: O441.4

总页数: 62

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