学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

金属—介质亚波长结构波导性质研究

作　者: 聂兵
导　师: 蔡祥宝
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 表面等离子体激元时域有限差分法 Drude模型金属-介质亚波长结构
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着光交换技术的日趋成熟,光纤通信技术得到迅速的发展,未来的光通信网络将向更加快速、灵活和可配置的全光网络方向发展。光通信网络的现状是在中间传输网上采用全光技术,而各个终端却还是采用电交换技术。光信号传输时必须进行光电信号的转换,这就严重影响了信号传输速率,增加了设备的复杂度和成本,最终使通信质量下降。光通信网实现全光化的困难,其中一个很重要的原因是因为目前光子器件受到衍射极限的影响,限制了光子器件的小型化。如何将更多的器件集成到一定大小的体积上来,即提高光子器件的集成度,是光通信技术发展中的一个难题。研究者们提出各种不同的技术用于缩小光子回路的尺寸,近年来提出的表面等离子体激元(SPPs)技术是最具有应用前景的技术之一。SPPs本质上是自由电子与电磁场相互作用产生的沿金属表面传播的电子疏密波,可以将光束缚在亚波长结构中传播,打破了衍射极限的限制,大大缩小了光子器件的大小。本文通过对金属-介质亚波长结构波导中表面等离子体激元(SPPs)参与激励的光学过程和光学效应(如:耦合共振、分波等)的分析、数值模拟仿真,给出其物理过程与机制的解释,建立相关的理论;通过金属-介质亚波长结构波导的材料选择和微结构形态的设计、微结构参数的选择与调节,研究SPPs模的有效激发和耦合光波的光学性质。在上述基础上重点研究金属-介质亚波长结构波导中的光学耦合现象和透射增强现象,设计一种金属-介质亚波长结构波导,研究圆柱、三角柱、立方柱和棱柱四种不同微结构对SPPs激发情况,观察其耦合增强和分波效应,发现三角结构耦合分波的效果最佳,高达70%-80%。根据上述结论设计的多路分波器,选择银三角型微结构,设置七路通道。通过调节微结构角度此分波器实现光通信波段1.30μm到1.60μm的分波,仿真结果可以对50nm间隔的光波有良好的分波效果,为制作新型波分复用和无源光器件提供了新思路。最后根据本文的结论,提出利用各向异性介质材料制作金属-介质亚波长结构波导的可能性和优越性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 集成电子学到集成光子学  9-10
  1.2 表面等离子体激元的基本概念  10
  1.3 表面等离子体激元的研究历史  10-11
  1.4 表面离等子体激元的研究热点  11-12
  1.5 本文主要内容思路与实际意义  12-14
    1.5.1 内容思路  12-13
    1.5.2 实际意义  13-14
第二章表面等离子体激元  14-23
  2.1 表面等离子激元的产生  14-16
  2.2 表面等离子激元的偏振状态  16-18
  2.3 表面等离子激元的基本性质  18-21
  2.4 表面等离子激元的应用  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章金属的色散模型和金属参数  23-28
  3.1 金属的色散模型  23-25
  3.2 金属参数  25-27
  3.3 本章小结  27-28
第四章时域有限差分法（FDTD）  28-39
  4.1 时域有限差分法简介  28
  4.2 时域有限差分法的优点  28-29
  4.3 麦克斯韦方程的FDTD 形式  29-32
  4.4 时域有限差分法的吸收边界条件  32-36
  4.5 时域有限差分法的激励源  36
  4.6 金属介质的时域有限差分法  36-38
  4.7 本章小结  38-39
第五章金属- 介质亚波长结构波导性质研究  39-57
  5.1 光波耦合理论  39-41
  5.2 金属- 介质亚波长结构多路分波波导结构  41-46
    5.2.1 光分路器与金属- 介质亚波长光分路器  41-42
    5.2.2 模拟仿真曲线及分析  42-46
  5.3 通信用金属- 介质亚波长结构光分路器  46-54
    5.3.1 介质选择与微结构角度的确定  46-47
    5.3.2 通信用金属- 介质亚波长结构光分路器的设计  47-48
    5.3.3 模拟仿真曲线及分析  48-54
  5.4 金属- 介质亚波长结构波导的应用  54-56
    5.4.1 定向耦合器  54
    5.4.2 多模干涉分束仪  54-56
  5.5 本章小结  56-57
参考资料  57-61
结束语  61-62
致谢  62-63
攻读学位期间所发表的学术论文  63

金属—介质亚波长结构波导性质研究

内容摘要

全文目录

相似论文