基于表面等离子激元效应的慢光研究

论文摘要

现代科学迅猛发展,信息技术日新月异,半导体器件的微型化,高速化和高度集成化成为趋势。光子学和电子学的发展,极大的促进了信息社会中数据处理和传输的能力。受到衍射极限的限制,传统介质集成光学器件在小型化,集成化的发展方向上受到了阻碍。为了突破衍射极限,在更小的尺寸上实现光的产生,传输,处理,调制等,研究者们孜孜不倦地探索着新的方法,以获得尺寸更小,速度更快,效率更高的光子器件。表面等离子体激元（surface plasmon polaritons,SPPs）是一种特殊存在于介质-金属表面的电磁波,它由激发光光子和在金属表面自由振荡的电子相互作用产生。由于垂直于金属表面的方向上存在介质损耗,因此电磁波的强度在垂直于金属表面的方向上呈指数衰减。表面等离子体激元具有较强的表面束缚性,从而可以突破衍射极限。SPPs具有在亚波长尺度内传导光的能力,利用特殊设计的波导结构,可以制造出纳米量级的SPPs器件。人们希望通过研究,将集成电路光学的发展进一步推向高峰。太赫兹（THz）领域的电磁波介于远红外光和微波之间,处于微观光子学向宏观电子学过渡的领域,同时具有微波通信和光通信的优点,在传输方面表现出了独有的特点。太赫兹技术可以被广泛应用于遥感,雷达,国家安全,大气环境监测,高保密数据通信,生物信息实时提取和医疗诊断等领域。因此太赫兹领域的研究具有重要的经济价值。随着光学在太赫兹这一领域的发展,应用于太赫兹领域的光学器件也成为了当今的研究热点。本文主要研究太赫兹领域表面等离子体激元（SPPs）沿着基于半导体材料的梯度光栅结构传播的现象,其表现出了比金属在低频（例如微波,中红外和太赫兹）下更好的SPPs性能。并且利用计算机模拟软件（computer simulation technology,CST）对梯度渐变光栅波导的色散特性进行表征。此外,通过计算色散曲线,二维电场强度分布,传播损耗和SPPs寿命,详细分析了光栅结构的传播特性。结果表明,半导体的梯度渐变光栅波导不仅可以激发SPPs,实现光俘获。其等离子体模型的寿命甚至比金属模型的寿命高很多。本文还研究了在太赫兹波段中如何释放电磁波。利用热光材料介电常数会随着温度变化这一性质,通过将具有热光效应的介电材料插入金属槽中的方法,实现了光的捕获和释放。除此之外,本文在特殊设计的半导体梯度光栅结构中,也实现了光的释放。通过调节热光材料的温度,可以相应地调节色散关系,因此可以提前捕获或释放捕获的表面光。温度可调的色散特性和限制电磁波的能力让SPPs器件具有可以实现诸如光学缓冲器,数据同步器,宽带慢光系统,集成光学滤波器,波分复用和其他未来芯片上光通信的应用的可能。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 阚杨若颖

导师: 韩根全,魏钟鸣

关键词: 表面等离子体激元,慢光,太赫兹

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN35;O441.4

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000798

总页数: 74

文件大小: 3771K

下载量: 129

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标签：表面等离子体激元论文;  慢光论文;  太赫兹论文;