基于表面等离激元的异常透射和光波导滤波器的设计研究

论文摘要

在金属与介质的接触面上存在表面等离极化激元（Suface plasmon polaritons,SPPs）,当金属与介质的交界面上外加高频电磁场,交界面上的电子产生集体振荡,并沿交界面以疏密波的形式传输。当电子集体振荡频率和入射光波的频率一致时发生共振,入射光波的能量就会有效地转化为金属表面自由电子的集体振动,从而形成特殊的电磁模式,电磁场被局限在金属与介质分界面上,而且能量在金属与介质两侧成指数衰减。被束缚在金属表面的SPPs,可以突破光的衍射极限,这有利于完成纳米级尺寸上光的控制,为微纳光子器件的集成提供可能。本文主要采用有限元方法（FEM）,研究了表面等离激元波导的传输特性和单缝加凹槽纳米结构的异常透射,本文主要的研究工作如下:1、金属单缝纳米结构,因为它结构简单、易于集成,所以常常用在基于表面等离极化激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）的纳米结构中构建光源。但是,金属亚波长单缝结构一直存在透射率低的问题,所以,如何提高其透射率一直是研究的重点。为了更好的提高金属亚波长单缝的透射率,我们对之前文献提出的分布式布拉格反射镜（distributed bragg reflector,DBR）和金属银薄膜纳米缝结构进行改进,在金属银薄膜两侧设计凹槽。当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面和银膜左侧凹槽一起激发出塔姆激元（Tamm plasmon polaritons,TPPs）和SPPs,加上纳米缝和银膜右侧激发的SPPs,最后还有塔姆激元的局域场效应和凹槽与单纳米缝的耦合作用有效的提高了表面等离子体的激发效率,再加上纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,使纳米缝的透射率得到增强,本文采用有限元方法（FEM）研究了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝加凹槽的透射特性。经过一系列参数优化,使DBR-银纳米缝凹槽结构的最大透射率增加到0.22,相对于?i（46）2-银纳米缝结构的透射率（0.01）提高了22倍,比之前文献得到的最大透射率0.166有所提高。2、基于表面等离子体亚波长结构的传播特性,提出一种新型的由圆形和矩形谐振腔组成的光学滤波器,利用有限元方法研究了它的特性。利用微腔共振模式实现对表面等离子体在波导中传输操控。通过改变微腔尺寸参数可以实现450nm750nm波段的选择性滤波,并呈现出线性变化,当圆腔半径每增加10nm,在其它条件不变的情况下,提出的选择性陷波滤波器的禁带波长几乎以相同的间隔增大30nm。本文的研究结果可用于多通道带阻滤波器的设计。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周培阳

导师: 祁云平

关键词: 表面等离极化激元,光学异常透射,有限元方法,表面等离子体光波导,滤波器,分布式布拉格反射镜

来源: 西北师范大学

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: 西北师范大学

分类号: O53;TN713

总页数: 58

文件大小: 5055K

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