基于帶增益介質混合表面等離子體波導特性的研究.pdf

1、隨著光電子學、納米技術的飛速發(fā)展，集成光學對集成系統密度的要求逐漸提高。表面等離子體激元(SPPs)波導可以最大限度地把電磁場約束在金屬與介質分界面處，在高速率數據傳輸的光子學應用上有巨大的優(yōu)越性。它本質是一種在金屬表面存在的自由振動的電子與光子互相作用產生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿ǎ梢酝黄蒲苌錁O限的限制，使系統的集成密度得到極大增強。
　　本文基于表面等離子體波導理論，同時把增益介質引入表面等離子體波導結構中，設計了兩種混

2、合等離子體波導結構，并利用有限元法對這兩種結構的特性進行了深入研究，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和設計思路。本文的主要工作如下：
　　(1)介紹了表面等離子體的背景發(fā)展狀況以及未來的發(fā)展趨勢，并闡述了表面等離子體波導的相關理論和相應的增益介質材料，簡述了波導器件加工工藝，重點分析了刻蝕技術。同時，簡單說明了數值計算方法—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、以后波導結構的設計和研究提供了相應的依據。
　　(2)設計了一種帶增益介質InGaAsP的矩形納米管混合等離子體波導結構，利用有限元法分析了該混合波導結構的基模電場分布以及模式特性隨幾何參數的變化。該結構在高密度光子集成系統以及光電集成電路等領域具有重要的應用價值。
　　(3)設計了一種帶有增益介質CdS納米線混合等離子體波導結構，利用有限元法仿真模擬了該波導在工作波長下的基模電場分布以及基模的模式特性隨著所設計結構幾何參數