表面等離子激元光波導的基礎(chǔ)研究.pdf

1、表面等離子激元是在金屬/介質(zhì)界面處存在的由自由電子與光子相互作用產(chǎn)生的沿表面?zhèn)鞑サ碾姶挪āＫ膱龇植荚谘亟缑娣较蚋叨染钟?，且在金屬中的分布比在介質(zhì)中更集中，分布深度一般與波長量級相同，但金屬的吸收損耗使它在傳播過程中伴隨著較大的衰減。近年來，表面等離子激元已經(jīng)成為納米光電子學科的一個重要研究方向，受到材料學、物理學等多個領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的極大關(guān)注，被廣泛應用于數(shù)據(jù)存儲、光學天線、太陽能電池和生物傳感等方面。由于表面等離子激元能夠很好的突破衍

2、射極限，人們開始關(guān)注表面等離子激元光波導及器件，希望能夠提高光子器件的集成度。本文圍繞表面等離子激元光波導這一主題開展了一系列的研究，探討實現(xiàn)表面等離子激元光子器件集成的可能性。主要研究工作包括以下幾個方面:
　　1.根據(jù)金屬色散模型，在比較表面等離子激元各種數(shù)值分析方法的基礎(chǔ)上，采用轉(zhuǎn)移矩陣理論和柯西積分方法精確分析表面等離子激元平板光波導的特性，并借助有限元方法、時域有限差分方法進行器件的優(yōu)化設計。
　　2.提出了一種m

3、etal-oxide-silicon(MOS)的混合表面等離子激元波導結(jié)構(gòu)，它具有模場大部分能量都集中在低折射率氧化層的特點。通過在SOI材料上生長氧化層及金屬層形成MOS混合表面等離子波導結(jié)構(gòu)，并分析了其性能及潛在應用。
　　3.設計了多種基于混合表面等離子激元的光波導器件。通過結(jié)合slot結(jié)構(gòu)提出了TE偏置的混合表面等離子波導布拉格光柵，并在光柵中引入缺陷態(tài)實現(xiàn)了法布里-珀羅腔的濾波特性。對于TM偏置的混合等離子結(jié)構(gòu)，分析和討

4、論了基于多模干涉效應的功分器以及微環(huán)諧振器件。
　　4.采用電子束光刻、感應耦合等離子刻蝕等加工工藝，在SOI平臺上制作了基于TM偏置的錐形過渡波導、十字交叉波導、微碟等基本MOS混合等離子光波導器件，并通過光柵耦合測試系統(tǒng)對其進行了測試和表征。
　　5.研究了表面等離子激元光波導的可調(diào)器件。利用石墨烯材料的優(yōu)異性質(zhì)，提出和分析了graphene-oxide-silicon的電光調(diào)制特性，并對石墨烯表面等離子波和MOS波導結(jié)