领结形中空表面等离子体光波导的传输特性研究

摘要

这是一个信息不断增长而且需要处理能力越来越快的时代。由于电子技术存在R-C延迟现象，迫切地需要新的技术来更快地处理越来越多的信息。虽然光子技术具有更高的数据处理速度。但是由于衍射极限的存在，今天这项新技术处在了发展的十字路口上。近几年，能突破光的衍射极限的新发现——表面等离子体给人们带来了新的希望，引起了物理学家、化学家和与生物学相关的材料学家的兴趣。随着纳米技术的发展，利用纳米尺度结构来操纵表面等离子体，预计新的技术将在光集成，光存储、显微镜技术和太阳能电池方面发挥巨大的潜力，同样在传感器的设计和应用方面，特别是生物分子检测方面，具有广泛的前景。
　　本论文首先对表面等离子体和表面等离子体激元的概念进行了阐述，接着对等离子光波导的发展历史和其中的关键阶段进行了综述，并对频域有限差分方法进行了简介。
　　本文的主要内容是:
　　设计了一种领结形中空表面等离子体光波导。采用频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和工作波长的依赖关系进行了分析。结果表明，沿纵向的能流主要分布在两个上下突起所形成的中间区域。通过调整几何参数及工作波长，可以调节模式的有效折射率、传播长度和模式面积。在工作波长确定的条件下，有效折射率随突起半径的增大呈减小趋势，而传播长度和模式面积则随着突起半径的增大呈增大趋势，四个角上的圆弧半径对波导的传输特性有微调作用，左右扇形区域的半径对波导的传输特性有较明显的调节作用。在几何参数确定的条件下，相对于工作波长λ=705.0nm的情形来说，工作波长较大时，场的分布范围较大，场与金属表面的接触面积较大，场与金属银的相互作用较弱，有效折射率就较小，传播距离也就较长。最后，讨论了这种中空表面等离子体光波导在折射率传感器和压力传感器领域应用的可能性。
　　这些研究将为表面等离子体技术在光子器件集成领域和传感器领域的应用提供了新的理论基础。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 表面等离子体

1．2 表面等离子体激元

1．3 表面等离子体光波导

1．4 频域有限差分法

1．5 本文的主要内容

参考文献

第二章 领结形中空表面等离子体光波导的传输特性

2．1 结构模型

2．2 计算方法

2．3 基模的场分布

2．4 几何尺寸的影响

2．5 工作波长的影响

2．6 本章小结

参考文献

第三章 领结形中空表面等离子体光波导在传感器领域应用的可能性

3．1 在折射率传感器方向应用的可行性分析

3．1．1 沿z轴的能流密度Sz分布的比较

3．1．2 有效折射率、传播长度和模式面积随入射波长变化的比较

3．2 在压力传感器方向应用的可行性分析

3．2．1 沿z轴的能流密度Sz分布的比较

3．2．2 上下楔形突起顶点之间的距离d的影响

3．3 本章小结

参考文献

第四章 论文总结与展望

攻读学位期间发表的论文

致谢

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