槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器的传输特性研究

摘要

随着科技的飞速发展，人类已经进入了信息时代。信息传播的速度、信息处理的速度以及应用信息的程度等都以几何级数的方式在增长，那么对这些随之而来的海量信息如何进行更快速度的处理显得至关重要。
　　 虽然现有的基于传统金属互连技术的电子回路可以达到很高的集成度，但是由于在R-C振荡回路中存在着时间延迟现象以及发热问题，导致电子回路中信号的传输速率和处理速度很难满足超大容量、超高速的要求。
　　 目前主流的观点认为，用光子作为信息载体，使用光学回路，可以有效解决超大容量、超高速的问题。但是，由于光学回路中的光波导器件受到衍射极限的限制，其横向尺度范围被局限在光波长量级，还不能够达到像电子回路那样很高的集成度。
　　 近年来人们发现，采用表面等离子体纳米光子学的手段，可以制作成许多新颖的表面等离子体纳米光子学元器件。这些纳米光子学元器件可以克服传统光学元器件中的衍射极限，可以有效地控制光子的传输行为。采用这些元器件不仅可以实现超大容量、超高速光信号传输，还可以实现超高密度的集成，是实现全光芯片的有效途径。
　　 本论文首先对表面等离子体纳米光子学、表面等离子体纳米光子学元器件和金属-绝缘体-金属(MIM)型表面等离子体光波导进行了概述，然后重点综述了基于MIM型表面等离子体光波导的滤波器的国内外研究现状。接着介绍了所设计的基于MIM型表面等离子体光波导的槽深受Sinc函数调制的滤波器的结构模型，并对本文用到的数值模拟方法，即包含色散介质的二维时域有限差分方法(2D-FDTD)做了简单介绍。最后，采用这种方法详细分析了这种表面等离子体滤波器分别在1.55微米波段和0.55微米波段的传输特性。
　　 本文的主要内容如下:
　　 (1)研究了槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器在1.55微米波段的传输特性与几何结构参数之间的依赖关系。数值表明:在1.55微米波段，与未经Sinc函数调制的情形相比较，经Sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭，滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及Sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显，而Sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。
　　 (2)研究了槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器在0.55微米波段的传输特性与几何结构参数之间的依赖关系。数值表明:在0.55微米波段，与未经Sinc函数调制的情形相比较，经Sinc函数调制的滤波器的透射谱中禁带的透过率接近于0，禁带右侧的通带透射率得到提高，滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及Sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显，而Sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。
　　 (3)比较了槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器在1.55微米波段和0.55微米波段的传输特性。结果表明:对于在1.55微米波段优化的槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器，在0.55微米波段其截止波段的宽度更小，其带通波段的透过率也比1.55微米波段低。总体来说该结构滤波器在0.55微米波段的滤波效果要差一些。
　　 本文的工作对表面等离子体滤波器在高集成度光学回路中的应用提供了理论依据。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 表面等离子体纳米光子学

1．2 表面等离子体纳米光子学元器件

1．3 MIM型表面等离子体光波导

1．4 基于MIM型表面等离子体光波导的滤波器

1．5 论文的主要内容

参考文献

第二章 槽深受Sinc函数调制的表面等离子体滤波器的结构模型及计算方法

2．1 结构模型

2．2 计算方法

2．3 本章小结

参考文献

第三章 1．55微米波段的传输特性与几何结构参数之间的依赖关系

3．1 Sinc函数的高度和主花瓣半宽对传输特性的影响

3．2 槽的周期数N变化对传输特性的影响

3．3 最大槽深d的变化对传输特性的影响

3．4 槽宽a的变化对传输特性的影响

3．5 水平通道的宽度w的变化对传输特性的影响

3．5 本章小结

参考文献

第四章 0．55微米波段的传输特性与几何结构参数之间的依赖关系

4．1 Sinc函数的高度和主花瓣半宽对传输特性的影响

4．2 槽的周期数N变化对传输特性的影响

4．3 最大槽深d的变化对传输特性的影响

4．4 槽宽a的变化对传输特性的影晌

4．5 水平通道的宽度w的变化对传输特性的影响

4．6 1．55微米波段和0．55微米波段的传输特性比较

4．7 本章小结

参考文献

第五章 论文总结与展望

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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