导读:本文包含了表面等离子体光波导论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:表面等离子体,聚合物光波导,光栅,模式耦合
表面等离子体光波导论文文献综述
姬兰婷[1]（2019）在《基于表面等离子体效应的聚合物光波导器件研究》一文中研究指出表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPP),是电磁波与金属表面集体震荡的自由电子发生耦合形成的二维束缚波,沿着金属-介质界面传输,场强在垂直于界面方向的两侧物质中指数衰减。其特点是具有更短的有效波长,场分布空间局域性,可突破衍射极限限制,并对金属结构形状、介质材料属性、入射光偏振态等十分敏感,在亚波长光学、超高密度光存储、超分辨显微成像、微纳传感探测以及新能源等领域具有重要的应用潜力。对于被同种绝缘介质包被的金属,当金属的厚度很小(几十纳米),金属-介质上下两个界面的表面等离子波会相互耦合,振荡得到加强,能够传播较长的距离,这种结构叫做长程表面等离子体(Long range surface plasmon polaritons,LRSPP)波导。与单个金属-介质界面的SPP波相比,LRSPP波的传输损耗较小,模场尺寸较大,易与单模光纤耦合,可同时传输电信号和光信号,可应用于光通信、数据传输、生化传感等领域。本文主要研究基于表面等离子体效应的聚合物光波导器件,包括长程表面等离子体光波导片上光信号处理器件、基于等离子体增强效应的波导模间干涉位移传感器、波导型表面等离子体折射率传感器叁大部分。首先对器件进行相关理论分析,确定器件的几何参数,绘制掩模板,之后采用光刻、刻蚀等工艺制作器件,并对其进行测试分析。本文主要从以下几个方面展开研究:一、长程表面等离子体光波导片上光信号处理器件以SU-8/Au/SU-8金属芯型平板波导为例,研究了LRSPP波导的传输和损耗特性。LRSPP波导对模场的限制能力较弱,大部分模场分布在介质当中,传输损耗较低。随着金膜厚度的增加,金属对光的限制作用增强,波导传输损耗增加。设计一种长程表面等离子体波导-介质波导垂直耦合器。由于LRSPP波导只支持横磁(Transverse magnetic,TM)模式,在传播常数相匹配时,TM模式的光会从介质波导耦合至LRSPP波导,从金波导输出,而横电(Transverse electric,TE)模式的光会继续沿着介质波导输出。数值计算表明,对于TM偏振光,在交叉输出端口和直通输出端口的光功率差为10 dB时,其光学带宽为250 nm。器件对介质波导厚度和金膜厚度的工艺容差较大,可应用于光调制器、传感器、光电集成等领域。设计并制作一种基于长程表面等离子体波导的长周期光栅滤波器。将光栅结构置于包层上表面,光漂白法制作光栅,工艺简单。在光栅作用下,LRSPP模式满足相位匹配条件时耦合为波导的包层模式。采用热蒸发法制作25 nm厚金薄膜,采用湿法刻蚀技术制作有限宽金属条波导,形貌较好。实验中在1553 nm波长处测到一个对比度为-23.5 dB的谐振峰,热调谐效率约为2.5 nm/℃。器件能用于滤波、传感、光电集成等领域。二、基于等离子体增强效应的波导模间干涉位移传感器研究了介质波导的模间干涉效应。由于光纤的模场比波导的模场尺寸大,在采用端面耦合方式激发波导模式时,会激发波导的包层模式。由于包层模式的有效折射率与波导芯层模式有效折射率接近,二者同时存在时会发生耦合,形成一个随波长近似正弦变化的干涉光谱。实验中发现,通过在波导前端引入光栅结构,能形成稳定的模式激发机制,使得输入光纤偏离波导中心位置时,仍然能够激发波导芯层模式和包层模式,形成输出光谱均匀稳定的干涉图样。谐振波长对输入光纤位置变化的灵敏度约为2.3 nm/μm。研究了长程表面等离子体波导的模间干涉效应。通过测试8 mm长LRSPP波导器件,观察到在C波段出现两个谐振峰的干涉光谱。通过在波导前端引入光栅结构,在一定范围内光谱的谐振峰随入射光纤偏离波导中心的变化而连续变化。谐振波长对输入光纤位置变化的灵敏度约为1.7 nm/μm。器件可用于传感、光电集成等领域。叁、波导型表面等离子体折射率传感器设计一种基于长程表面等离子体波导的光强检测折射率传感器。器件以硅为衬底,以聚合物SU-8为包层。当LRSPP波沿着金波导传输时,待测物与SU-8包层之间折射率差越小,波导的传输损耗越低。金膜长度增加,传感器的灵敏度增加,传输损耗也增加。对于5μm宽、40 nm厚和2 mm长的金波导,当待测物折射率从1.572增加到1.575时,传感灵敏度为938.4 dB/RIU。设计一种基于介质波导模式-表面等离子体模式耦合的光谱检测折射率传感器。器件以硅上二氧化硅为下包层,聚合物SU-8为波导层,PMMA材料为缓冲层。对于某一波长,当SU-8波导模式与SPP模式的有效折射率相接近时,波导模式会耦合为SPP模式,形成特有的SPP共振波谷。研究了金属薄膜厚度、PMMA缓冲层厚度和波导层厚度对器件传感性能的影响。结果表明,对于该器件,金属薄膜厚度增加,谐振峰蓝移,谐振强度减弱,对于同一段待测折射率,灵敏度降低;PMMA缓冲层厚度增加,谐振强度减弱,谐振峰蓝移,对灵敏度的影响较小;波导层厚度减小,谐振强度增强,对谐振峰的位置和灵敏度的影响较小。采用光谱检测方式,金属表面材料折射率变化时,吸收峰的位置会发生变化,可用于生物化学传感芯片。设计并制作一种基于表面等离子体共振效应的集成光波导型液体折射率传感器,以光强作为检测参量。硅上二氧化硅作下包层,聚合物SU-8作波导芯层,采用光漂泊法制作聚合物波导。理论模拟了器件的几何参数,如金膜厚度、长度,以及波导层材料对器件灵敏度、插入损耗和输出功率的影响,确定器件尺寸。对苯甲醛和肉桂醛二元混合物进行测试分析,结果表明,所制备器件的测量灵敏度为875 dB/RIU,分辨率为1×10~(-6)。通过改变波导层材料,可以调整传感器的传感测量范围。通过优化设计波导结构,可以提高传感器的探测灵敏度。采用光强检测方式,易于制作光电集成传感芯片。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
吴敌[2]（2018）在《石墨烯表面等离子体光波导的传输特性研究》一文中研究指出表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是在金属和电介质交界面上激发的一种集体电荷振荡形式,是光波与金属表面自由电子相互耦合产生的一种电磁波,能够突破衍射极限的限制,将电磁波束缚在亚波长尺寸。近年来,利用SPPs进行光信号的传输和调控成为了人们的研究热点。但是贵金属一般具有较大的传输损耗以及热损耗,并且器件一旦加工成型后,其几何尺寸就无法改变,因此其应用前景受到了限制。最近,人们发现石墨烯(graphene)同样可以支持SPPs的传输和调控。与一般的贵金属材料相比,石墨烯具有十分明显的优势,首先,石墨烯等离子体激元(Graphene surface plasmons,GSPs)可存在于中红外波段,频带范围宽;其次,GSPs具有很强的模式束缚力以及极小的传播损耗;第叁,石墨烯的介电常数可通过化学掺杂和偏置电压来改变。近年来,人们在GSPs的传输与调控方面取得了诸多成果,在实验和理论方面都取得了重大突破。本文在这些研究成果的基础上,采用数值模拟的方式,设计研究了几种基于GSPs的波导器件。论文主要研究内容如下:(1)设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积、以及品质因数等模式特性的影响。结果表明,这种新型的混合GSPs光波导具有很强的模式束缚能力和较低的传输损耗,且归一化模式面积非常小,可以实现极高密度的光子学器件集成。(2)为了获取结构更加紧凑且电磁场模式性能更加优异的光波导器件,本文又设计了一种由涂覆石墨烯的领结型纳米线组成的新式表面等离子体光波导结构。仿真结果表明,本文设计的新式波导结构能够在可接受的传播长度范围内,使得归一化模式面积最小达到10~(-7)数量级。并且,通过改变石墨烯或者周围介质的几何参数和电磁参数,可以对模式传输特性进行有效的调控。最后,文章讨论了该波导在实际应用中由于制作误差对模式特性带来的影响。此外,还设计了一种涂覆石墨烯的圆形介质纳米线与未涂覆石墨烯的叁角形介质纳米线组成的混合表面等离子体光波导结构。数值模拟结果显示当入射波长在中红外波段时,电磁场可以被束缚在深度亚波长的区域,并且还有较低的传播损耗。另外,也可以通过改变这种波导结构的几何参数和电磁参数,对波导的传播特性进行动态调控。(3)在对涂覆石墨烯的介质纳米线表面等离子体光波导传输特性的理解基础上,本文又设计了一种基于石墨烯、且具有类等离子体诱导透明(Plasmon induced trans-parency,PIT)传输特性的光波导结构。该光波导由石墨烯直波导和与其临近的石墨烯纳米条和石墨烯纳米环两个谐振腔侧耦合而构成。研究表明,通过改变石墨烯纳米条型谐振腔的长度和石墨烯纳米环谐振腔的半径、与直波导之间的侧耦合距离以及石墨烯化学势均可以调节透明窗口的位置。同时,该波导系统还可以实现灵敏度较高的折射率传感的功能特性。该波导结构为髙度集成的基于石墨烯的纳米光学器件的设计提供了一种新的方法,在调制器、光开关、传感器等领域有着广泛的应用。(本文来源于《山西大学》期刊2018-06-01）
刘霞[3]（2017）在《半环形表面等离子体光波导滤波器的传输特性研究》一文中研究指出表面等离子体激元(SPPs)是在金属与电介质界面上传播的一种电磁模式,基于SPPs的各种亚波长纳米光波导器件可以突破衍射极限的制约,将电磁场束缚在远低于入射光波长的数量级范围。因此,随着光电元器件微型化需求的不断增长,基于SPPs的亚波长纳米光波导器件由于具有这样独特的性质,受到了极大的关注。同时,对表面等离子体激元的深入研究也加快了各交叉学科领域的发展,比如微纳制造和分子级的生化探测与传感。近些年来,基于金属-绝缘体-金属(MIM)结构的表面等离子体光波导(SPW)器件,如分束器,复用器,耦合器,滤波器,吸收器等成为了研究热点。本论文首先对表面等离子体激元及其应用而生的表面等离子体光波导的历史发展背景和基本特性,以及基于金属-绝缘体-金属(MIM)的SPW结构和SPW滤波器结构进行了简单的介绍。然后对使用的数值计算方法进行了说明。最后重点介绍了本文设计的两种新型的表面等离子体光波导滤波器结构,并对它们的传输特性进行了详细的讨论和研究。论文的主要内容如下:(1)提出了一种新型的基于MIM的不对称半环形SPW滤波器结构,这种结构是由两个MIM直线型波导与两个相对放置的半径不同的同心半环形MIM波导直接连接组成,具有阻带滤波特性。由理论分析预测,调整结构的几何参数会影响它的传输特性,并通过数值方法进行了模拟验证。模拟结果表明,当半环形MIM波导的内半径增大时,传输谱中阻带的谷值波长会发生红移,并且透射率和带宽也都会发生改变,同时,研究还发现,这种结构的不对称性越明显,滤波效果越好。此外,该滤波器结构的绝缘体狭缝宽度增大时,传输谱谷值波长会发生蓝移,最小透射率减小,阻带展宽;狭缝内介质折射率增大时,传输谱谷值波长会发生红移,阻带稍微展宽。总之,我们提出的这种新型的半环形MIM表面等离子体光波导滤波器具有较好的阻带滤波性能,结构简单且容易制作,在高集成光学设备和传感器领域具有潜在的应用前景。(2)提出了另一种新型的基于MIM的侧耦合半环形表面等离子体光波导滤波器结构,这种结构是由一个直线波导和一个侧耦合的半环形共振腔组成,研究结果表明,这种特殊结构在提供阻带滤波特性的同时还会使谐振腔的共振模式发生分裂,传输谱曲线上会出现两个透射率谷值,并且在这两个谷值之间会产生一个较小的透射峰值,产生类似PIT(plasmon induced transparent)的效果。此外,改变半环形结构的外半径会使传输谱发生变化,我们还将这种单个半环形结构进行延伸研究,改成面对面放置的两个半环形共振腔,通过改变结构的几何参数以及两个半环形共振腔的相对偏移位置,研究了它们的传输谱。总之,我们设计的这种结构容易制作且具有良好的阻带滤波效果。该结构同样可以应用在高密度纳米光学器件集成、纳米光通信以及高灵敏度光子芯片级生化传感器等领域。(本文来源于《山西大学》期刊2017-06-01）
孙苗[4]（2016）在《两种新型混合表面等离子体光波导的传输特性研究》一文中研究指出因为与电子器件相比,光子器件具有微型化、高速度、宽频带、高稳定性等多重优势,从而促使时代朝着集成光学的方向发展。然而受到衍射极限的限制,传统光学器件的尺寸在进一步小型化的过程中遇到障碍,难以实现光子器件在亚波长尺度的高密度集成。基于此,人们一直进行着不断的尝试,希望能设计出超小型的光子器件。研究发现表面等离子体波导(surface plasmonic waveguide,SPW),可以突破衍射极限的限制,使光场束缚在亚波长的尺度,并且可以实现较长距离的传输。因此近些年来,SPW的设计与传输特性研究逐渐成为一个研究热点。SPW对纳米光学和高速集成微型光器件的发展,具有重要的意义。本论文首先阐述了表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的概念和产生的基本原理,以及表面等离子体光波导的分类和特点,然后简述了有限元法和COMSOL Multiphysics软件的使用。接着重点阐述了所设计的两种新型混合表面等离子体光波导,对其基模的传输特性进行了深入细致的研究。论文的主要研究内容如下:(1)设计了一种新型同轴多层混合表面等离子体光波导结构,通过改变介质层的折射率,会呈现出不同的电磁场模式分布特性和传输特性。模拟仿真结果表明,电磁基模场主要束缚在低折射率的介质区域。研究发现,工作波长和波导几何参数对波导结构的有效折射率、传播长度、模式面积、以及束缚因子等参数具有重要影响。数值分析结果表明,这种新型SPW不仅具有良好的模式束缚特性和较长的传播长度,而且具有潜在的实验室测试和应用前景。同时,研究还发现通过使用增益材料,可以实现模式损耗的补偿,从而进一步增加传输距离。(2)设计了一种基于对称介质纳米管的混合表面等离子体光波导,这种结构的SPW同时支持对称和反对称两种电磁场模式,通过数值模拟,对其分布特性和传输特性进行了研究。仿真结果表明,介质波导模式和表面等离子体激元模式之间的强耦合可以使电磁场紧紧束缚在介质纳米管和金属条之间的间隙区域。同时,实现了亚波长模式束缚和长距离传输。此外,还与文献报道的相近几何结构的SPW传输特性进行了对比研究,结果表明所提出的这种波导结构同样具有传输性能良好、结构简单、易于实验室制作的特点。通过调整结构的几何参数,可以实现调控其模式传输特性的目标,有一定的实用价值。(本文来源于《山西大学》期刊2016-06-01）
翟利[5]（2016）在《涂覆石墨烯的表面等离子光波导的传输特性》一文中研究指出在太赫兹波段,石墨烯和贵重金属材料有着相似的特点,其表面也能够支持表面等离子激元的传播。与金属表面等离子体相比,石墨烯表面等离子体有着许多优点,例如:极大的模式限制,在红外区域传播距离更长,传输性能可以通过改变化学势、偏置电场和温度等手段进行调节等等。因此,石墨烯表面等离子体的研究备受关注。而基于石墨烯材料的表面等离子光波导,因其具有纳米量级尺寸的特点,可以突破衍射极限,可以实现光子器件的微型化和高度集成化,有望作为光子集成电路的基本元器件,构建纳米光子集成芯片,最终实现全光通信。本文首先简要介绍了石墨烯的光学特性,然后综述了基于石墨烯材料的表面等离子体波导的研究现状,在此基础上,设计了两种基于石墨烯材料的表面等离子光波导,并详细讨论了波导的传输特性与结构参数以及电磁参数之间的依赖关系。具体工作如下:(1)设计了一种涂覆了单层石墨烯的双椭圆电介质纳米并行线构成的表面等离子光波导,采用有限元方法对其传输特性与其电磁参数和结构参数之间的依赖关系进行了研究。结果表明,随着椭圆的中心距离的增大,有效折射率的实部逐渐减小,传播距离先增大后减小,模式面积逐渐增大;椭圆的短半轴对有效折射率的实部、传播距离和模式面积有微调作用;工作频率越高,有效折射率的实部越小,传输距离越短,模式面积越大;温度越高,有效折射率的实部越大,传输距离越短,模式面积越小。(2)设计了一种内壁涂覆单层石墨烯的双椭圆形中空表面等离子波导,采用.有限元方法对其传输特性与其电磁参数和结构参数之间的依赖关系进行了研究。结果表明,椭圆之间的距离和半短轴的长度增大时,有效折射率的实部减小,传播距离增大,模式面积减小;圆化半径增大时,有效折射率的实部增大,传播距离减小,模式面积增大;工作频率增大时,有效折射率的实部减小,传播距离减小,模式面积减小;温度升高时,有效折射率的实部先增大后减小,传播距离减小,模式面积减小。本文的工作对于基于石墨烯材料的表面等离子体波导的设计、制作和应用具有一定的理论指导意义。(本文来源于《山西大学》期刊2016-06-01）
梁熙静,田晋平,杨荣草,李禄,宋丽军[6]（2015）在《金属-介质纳米线阵列表面等离子体光波导模式串扰特性的研究》一文中研究指出作为亚波长的表面等离子体光波导,在传导电磁场模式的过程中,模式间的串扰是影响模式传输距离及其它物理特性的一个重要因素,因此本文首先系统地研究了两个平行放置的由介质-金属-介质纳米线阵列构成的混合表面等离子体光波导的模式耦合和串扰特性;其次作为对比,把波导结构变为金属-介质-金属纳米线阵列,同样平行放置两个来研究其模式耦合与串扰特性.研究结果表明,这两种混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的耦合长度远大于其有效传输距离。因此在进行高密度集成时,模式间发生串扰的概率将会非常小。基于这种特性,这两种结构的混合表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。(本文来源于《量子光学学报》期刊2015年03期）
梁熙静[7]（2015）在《金属—介质—金属纳米线表面等离子体光波导中电磁场模式传输特性研究》一文中研究指出随着科学技术的飞速发展,人们对元器件的集成化程度和信息处理速度要求越来越高。传统的电子元件在数字信息的存储和处理速度方面越来越不能满足人们的需求,而光子元件具有高带宽、高速度和低损耗等优势,因此用光子代替电子来传递信息的想法得到广泛关注。然而由于衍射极限的限制,传统光学器件的尺寸在微米量级,难以实现光电子器件在纳米尺度的高度集成。近年来大量的理论研究发现基于表面等离子体激元的光波导器件成为解决这一难题的有效途径,它不但能克服传统光学器件中存在的衍射极限的限制,还可以把电磁场模式束缚在亚波长尺度,满足了光电子器件的微型化和高密度集成化的需求。本文首先分析了金属介电常数的Drude模型,然后介绍了表面等离子体激元及表面等离子体光波导的基础知识,包括基础理论、色散特性、特性参数和激发方式等；同时对研究表面等离子体光波导传输特性的数值计算方法做了简单介绍。最后我们提出一种新型的由金属-介质-金属纳米线组成的表面等离子体光波导,并详细研究了其传输特性及串扰特性。下面是本文的重点研究内容：1、本文设计了一种新型的金属-介质-金属纳米线并排放置的表面等离子体光波导。利用COMSOL Multiphysics软件对电磁场模式分布特性和传输特性进行了分析,讨论了几何参数对其所支持的电磁场模式特性的影响。结果表明电磁场模式主要分布在金属和介质纳米线之间的间隙之中,通过改变金属和介质纳米线半径的大小以及其间隙的宽度等参数可以调节电磁场模式的分布特性、传输长度和束缚特性。2、由于制作工艺的限制,在制作光波导的过程中难免会引起一定程度的制作误差,为了研究我们所提出光波导对制作误差是否有较高的兼容和适应性,我们对光波导的几何结构进行了轻微改变,重新对电磁场模式的分布特性和传输特性进行了详细的研究。通过对比研究发现我们所提出的光波导对制作误差有较高的兼容和适应性,在实际应用中有一定的应用价值。3、在高密度集成光学器件中,电磁场模式在相邻光波中传输时会发生模式串扰,从而使高密度集成受到限制。因此我们又对所提出的光波导的模式串扰特性进行了分析,结果表明该光波导模式间发生串扰的几率非常小,可以应用于高密度光子器件的集成。(本文来源于《山西大学》期刊2015-06-01）
谢莹[8]（2015）在《有源长程表面等离子光波导器件研究》一文中研究指出表面等离激元（Surface Plasmon Polariton, SPP）是一种沿金属与介质表面传播的横磁波，其场分布在以分界面为原点的相邻金属和介质中按指数形式衰减。表面等离子波能够突破衍射极限对光子的束缚，实现亚波长尺度的光子回路，在实现传统器件小型化和集成化方面具有广阔的研究前景，例如在生物传感器、纳米刻蚀、新型光源、超分辨成像、纳米集成光子器件、亚波长光学数据存储等方面都扮演着重要的角色。但由于SPP束缚性强，金属吸收产生的传输损耗较大，在一定程度上限制了其应用范围。为降低光传输损耗，本文利用聚甲基丙烯酸甲酯-甲基酸环氧丙酯（P(MMA-GMA））作为金属波导的上包层和下包层，采用光刻和碘化钾（KI）湿法腐蚀工艺，从以下几个方面展开研究：（1）表面等离子波的基本理论。学习并推导表面等离激元及其色散关系，采用二维模型导出表面等离子波及其衍生推论，针对叁种激发SPP方式的优缺点，提出采用波导结构来激发SPP。（2）长程表面等离子（Long-Range Surface Plasmon Polariton, LRSPP）波导的制备。超声剥离法制备LRSPP会在波导表面存在鱼鳍状突起，不利于模场的控制，并会在一定程度上增加器件的传输损耗。创新性的利用光刻胶作为波导掩膜，采用湿法腐蚀工艺制备金属LRSPP波导，并采用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对波导表面的粗糙度、侧壁陡直度以及金波导的尺寸进行表征。结果表明，制备的器件形貌较好，可满足长程表面等离子波的传播条件。采用光纤端面耦合激发方式，实现1550nm近红外光与LRSPP波导的耦合，并获得了器件的远场输出光斑、传输损耗和开关响应时间等重要特性参数。实验结果表明利用该方法制备的LRSPP可实现在近红外波长下的低损耗光传输，可应用于光开关等不同种类的LRSPP波导器件。（3）Mach-Zehnder Interferometer结构LRSPP波导器件的制备及光传输性能的测试。对器件结构进行介绍并给出相应的工艺流程。在器件制备过程中，采用高密度感应耦合等离子体刻蚀机（ICP）刻蚀出电极结构，在测试器件性能时发现其对光场的限制较好，开关的上升和下降时间分别为150μs和268μs。（4）LRSPP-SU-8波导垂直耦合器件的制备和测试。利用LRSPP波导和紫外光刻胶SU-8波导的垂直结构，实现光场在两波导间的耦合传播。采用Comsol对波导的结构进行模拟和优化，在对器件形貌的表征中验证了实验工艺的有效性。当Au波导宽度为6μm，SU-8波导宽度为5μm，二者耦合区长度为2500μm时，无论光信号由Au波导或SU-8波导输入均可得到器件波导间耦合的光输出。(本文来源于《吉林大学》期刊2015-06-01）
梁熙静,田晋平,杨荣草,宋丽军,薛文瑞[9]（2014）在《一种由椭圆形金属和介质纳米线组成的混合表面等离子体光波导的基模控制特性研究》一文中研究指出本文研究了一种由叁根并排放置的椭圆形金属-介质-金属纳米线构成的混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的控制特性,中间是高折射率的介质纳米线,左右是两根对称放置的金属纳米线。研究结果表明,基模电磁场增强效应主要分布在叁根纳米线形成的两个间隙区域,且对整个结构的几何参数有一定依赖性。因此,通过改变纳米线的几何尺寸、两根纳米线之间的间距以及介质的电磁参数,可以调整和控制这种波导所支持的基模的有效折射率、模式传输距离、归一化的模式面积和模式束缚因子等物理特性。基于这些有效的模式操控特性,这种混合型的表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。(本文来源于《量子光学学报》期刊2014年04期）
徐超[10]（2014）在《表面等离子激元光波导的基础研究》一文中研究指出表面等离子激元是在金属/介质界面处存在的由自由电子与光子相互作用产生的沿表面传播的电磁波。它的场分布在沿界面方向高度局域,且在金属中的分布比在介质中更集中,分布深度一般与波长量级相同,但金属的吸收损耗使它在传播过程中伴随着较大的衰减。近年来,表面等离子激元已经成为纳米光电子学科的一个重要研究方向,受到材料学、物理学等多个领域专业人士的极大关注,被广泛应用于数据存储、光学天线、太阳能电池和生物传感等方面。由于表面等离子激元能够很好的突破衍射极限,人们开始关注表面等离子激元光波导及器件,希望能够提高光子器件的集成度。本文围绕表面等离子激元光波导这一主题开展了一系列的研究,探讨实现表面等离子激元光子器件集成的可能性。主要研究工作包括以下几个方面：1.根据金属色散模型,在比较表面等离子激元各种数值分析方法的基础上,采用转移矩阵理论和柯西积分方法精确分析表面等离子激元平板光波导的特性,并借助有限元方法、时域有限差分方法进行器件的优化设计。2.提出了一种metal-oxide-silicon(MOS)的混合表面等离子激元波导结构,它具有模场大部分能量都集中在低折射率氧化层的特点。通过在SOI材料上生长氧化层及金属层形成MOS混合表面等离子波导结构,并分析了其性能及潜在应用。3.设计了多种基于混合表面等离子激元的光波导器件。通过结合slot结构提出了TE偏置的混合表面等离子波导布拉格光栅,并在光栅中引入缺陷态实现了法布里-珀罗腔的滤波特性。对于TM偏置的混合等离子结构,分析和讨论了基于多模干涉效应的功分器以及微环谐振器件。4.采用电子束光刻、感应耦合等离子刻蚀等加工工艺,在SOI平台上制作了基于TM偏置的锥形过渡波导、十字交叉波导、微碟等基本MOS混合等离子光波导器件,并通过光栅耦合测试系统对其进行了测试和表征。5.研究了表面等离子激元光波导的可调器件。利用石墨烯材料的优异性质,提出和分析了graphene-oxide-silicon的电光调制特性,并对石墨烯表面等离子波和MOS波导结构的石墨烯调制做了初步的理论分析。最后结合量子理论,提出了基于PT结构的表面等离子激元光波导调制系统。本文的研究主要集中在表面等离子激元光波导的基础研究方面,从基础理论研究到实验制备做了一系列的研究,希望能为进一步实现光子集成做出一定的贡献。(本文来源于《浙江大学》期刊2014-04-27）
表面等离子体光波导论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是在金属和电介质交界面上激发的一种集体电荷振荡形式,是光波与金属表面自由电子相互耦合产生的一种电磁波,能够突破衍射极限的限制,将电磁波束缚在亚波长尺寸。近年来,利用SPPs进行光信号的传输和调控成为了人们的研究热点。但是贵金属一般具有较大的传输损耗以及热损耗,并且器件一旦加工成型后,其几何尺寸就无法改变,因此其应用前景受到了限制。最近,人们发现石墨烯(graphene)同样可以支持SPPs的传输和调控。与一般的贵金属材料相比,石墨烯具有十分明显的优势,首先,石墨烯等离子体激元(Graphene surface plasmons,GSPs)可存在于中红外波段,频带范围宽;其次,GSPs具有很强的模式束缚力以及极小的传播损耗;第叁,石墨烯的介电常数可通过化学掺杂和偏置电压来改变。近年来,人们在GSPs的传输与调控方面取得了诸多成果,在实验和理论方面都取得了重大突破。本文在这些研究成果的基础上,采用数值模拟的方式,设计研究了几种基于GSPs的波导器件。论文主要研究内容如下:(1)设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积、以及品质因数等模式特性的影响。结果表明,这种新型的混合GSPs光波导具有很强的模式束缚能力和较低的传输损耗,且归一化模式面积非常小,可以实现极高密度的光子学器件集成。(2)为了获取结构更加紧凑且电磁场模式性能更加优异的光波导器件,本文又设计了一种由涂覆石墨烯的领结型纳米线组成的新式表面等离子体光波导结构。仿真结果表明,本文设计的新式波导结构能够在可接受的传播长度范围内,使得归一化模式面积最小达到10~(-7)数量级。并且,通过改变石墨烯或者周围介质的几何参数和电磁参数,可以对模式传输特性进行有效的调控。最后,文章讨论了该波导在实际应用中由于制作误差对模式特性带来的影响。此外,还设计了一种涂覆石墨烯的圆形介质纳米线与未涂覆石墨烯的叁角形介质纳米线组成的混合表面等离子体光波导结构。数值模拟结果显示当入射波长在中红外波段时,电磁场可以被束缚在深度亚波长的区域,并且还有较低的传播损耗。另外,也可以通过改变这种波导结构的几何参数和电磁参数,对波导的传播特性进行动态调控。(3)在对涂覆石墨烯的介质纳米线表面等离子体光波导传输特性的理解基础上,本文又设计了一种基于石墨烯、且具有类等离子体诱导透明(Plasmon induced trans-parency,PIT)传输特性的光波导结构。该光波导由石墨烯直波导和与其临近的石墨烯纳米条和石墨烯纳米环两个谐振腔侧耦合而构成。研究表明,通过改变石墨烯纳米条型谐振腔的长度和石墨烯纳米环谐振腔的半径、与直波导之间的侧耦合距离以及石墨烯化学势均可以调节透明窗口的位置。同时,该波导系统还可以实现灵敏度较高的折射率传感的功能特性。该波导结构为髙度集成的基于石墨烯的纳米光学器件的设计提供了一种新的方法,在调制器、光开关、传感器等领域有着广泛的应用。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
表面等离子体光波导论文参考文献
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