文档介绍：浙江大学信息学院
硕士学位论文
表面等离子激元光波导与滤波器设计
姓名:沈鸿慧
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:何建军
20080501
摘要种。一些基于表面等离子技术的光波导已经被提出和进行了模拟以及实验,其中有:金属筒ǖ迹挡鄄ǖ己徒鹗籼跣尾ǖ嫉鹊取这个毕业设计的目的是研究坌波导的基模随着坌波导坌波导的品质因数、传播距离、基模电磁场分布等等。我们征对波导基模的特性所做的研究都是基于由有限元分析法的软件包,,对波导开始。但不幸的是,我们并没有成功的完成基于间隙的散射参数的建模,并且我光子学向纳米方向的微型化是如今一个非常热门的研究方向。研究者提出了很多不同的技术用于缩小光子回路的尺寸。其中表面等离子技术是最有前景的一的尺寸被缩小而变化的特性。我们研究了沟糟性波导的基模的不同特性,比如基模的模拟所得的数据的。毕业设计的另一部分是对基于金属表面等离子跣波导的滤波器用微波理论指导进行设计的可行性研究。在这一部分,试图对半波长谐振腔间的间隙薪#湎对诼瞬ㄆ髦衅鸬今詈掀骱湍姹淦鞯淖饔谩8菸⒉ɡ砺郏它可以用兀型电容网络进行建模。为了简化问题,我们从理想金属进行模拟建模们遇到了一个与模型矛盾的结果。不过,最后,我们还是成功的证明了兀型电容网络模型的正确性。但由于时间问题,我们并没有继续我们往真实金属材料方面的研究。关键词:表面等离子激元波,坌波导,,滤波器设计,微波原理,浙江大学硕士学位论文
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第一章引言帚一早縧函金属表面等离子激元毕业设计目的件是非常重要的。然而,传统的介质波导,由于受到光衍射的限制,不能非常容易的被微型化。因此,在过去的几十年中,很多技术被发展起来以实现超小化的表面等离子激元光波导⒁约敖鹗籼跣伪砻娴壤胱蛹ぴ9獠ǖ。所有的这表面等离子激元光波导的高度集成化的平板光回路成为可能牵氪辰橹光子学是继电子学之后另一飞速发展的领域。如今,光子学往纳米方向的微型化越来越受到研究者们的关注,实现对光在纳米级的操控对于未来光子集成器光子学器件,比如,光子晶体、基于硅的纳米波导和金属表面等离子波导等等。而金属表面等离子激元光波导技术是一种非常有应用前景的可以克服光的衍射限制的技术。表面等离子激元光波导是一种基于表面等离子激元的金属光波导。表面等离子激元波是一种在导体,通常是金属,表面传播的并且被约束在此表面的一种非辐射电磁波。表面等离子激元波被约束在表面是光和导体的自由电子相互作用的结果【¨。表面等离子激元首次被瓾.⒈碛辍T谄渌婧蟮募甘曛校表面等离子激元被很多科学家广泛地研究。并且有很多不同的表面等离子激元光波导被提出并分析研究,比如:金属捅砻娴壤胱蛹ぴ9獠ǖ伞俊槽型些表面等离子激元光波导都能够支持光频段的高度局域化的电磁场,从而使基于光波导,表面等离子激元光波导的缺点是损耗比较大2⑶以诠サ募甘曛校很多基于表面等离子激元光波导的光学器件已经被制造出来,比如:方向耦合器、—缮婕啤、调制器恳约胺制缙鳌俊本毕业设计研究了坌波导的特性。目的是研究当缩小坌波导尺寸时,它的一些特性,如:品质因数、传播距离、以及基模电磁场分布等等。浙江大学硕士学位论文【
计算方法本毕业设计的另一部分,是利用微波理论对基于等离子激元光波导的滤波器本毕业设计中,主要用到两种计算方法。其中之一是:已商业化的麦克斯韦方程主的频率域有限元分析算法软件包,。此软件包在本毕业设计中主要用于第二章的一些演示以及第三章当中的波导模式特性分析研究;另外一种计算方法是:时域有限元分析算法。主要用于第五章的滤波器设计的模拟。进行设计的可行性研究。浙江大学硕士学位论文
第二章表面等离子激元和表面等离子激元光波导介质和金属单界面上的表面等离子激元波妻⋯。旋,。∥、:近、,譬.⒐叵电磁波模式,一般存在于金属和电介质的接触面。在这里,首先介绍一下存在于如图所示是用模拟的表面等离子激元波。在图校砻娴电磁场在两种介质中的分布,可以发现电磁场在两种介质内部指数级的衰减。从正如第一章所介绍,表面等离子激元波是一种被约束于导体表面的非辐射的介质和金属单界面上的表面等离子激元波。离子激元波被约束在两种介质的接触面的附近并在此界面上传播。图蛳允玖这里也可以看出表面等离子激元波被约束于表面的特性。这一小节将简要介绍表面等离子激元波的色散关系。如图所示,为一金属和介质的接触面的截面示意图,在这里只先考虑存在金属和介质间的单接触面的表面等离子激元波。假设金属和介质的相对电介常数分别为勘和%。蓦;曩姒茹:自。￡;磊。霸问纳稀#唬琻,图籰砻娴壤胱蛹ぴ2ㄔ诮鹗艉偷缃橹实牡ジ鼋哟ッ嫔洗úサ氖疽馔肌M贾邢允的是磁场的在界面上某时刻的分布情况,其中虚线是金属和电介质的接触面。懦诹街纸橹手醒赝中的实线上的