基于金属-介质-金属表面等离激元波导的可集成偏振分束器

摘要

在光纤通信系统和光纤传感系统中,偏振器件都是一种不可或缺的光学元件。这些应用都对偏振器件的设计和制造提出了更高的要求,随着制作工艺技术的不断发展,偏振器将向着微型化、集成化、高消光比的方向发展。基于表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolariton,SPP)设计的偏振器相比于传统光学偏振器难于集成的缺点正好具有体积小易集成、消光比高的优势。
　　本文提出了一种基于金属-介质-金属表面等离子体波导结构的微型偏振分束器,其设计、制作和应用对于集成光学元器件走向微型化和高密度化具有重要的意义。论文主要内容如下:
　　(1)概述了表面等离子体激元的基本理论和数值计算方法。详细分析了金属-介质-金属表面等离激元波导的模式特性,并根据这种结构提出了一种微型偏振分束器,其尺寸在微米量级,与同类型偏振器件相比尺寸大大减小,有利于在集成光学系统中的应用。
　　(2)重点对提出的微型偏振器结构进行了仿真分析,包括各个模式在偏振器中的传输情况和结构参数对各个模式的传输影响。仿真结果表明,通过调整光栅的结构参数该器件在1550nm光通信波段可以实现偏振分束功能。
　　(3)最后讨论了不同激励情况下偏振器的工作情况。高斯波激励时,本文所提出的偏振分束器可以工作在1550nm光通信波段,TM的透射率高于75％,TE的反射率高于98%,他们的消光比均大于20dB。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 表面等离子体亚波长光学的发展历程

1.3 表面等离子体激元的应用

1.4 基于表面等离子体激元的偏振器件的研究现状

2 理论知识

2.1 表面等离子体激元的基本理论知识

2.2 数值计算方法介绍-有限元方法

3 金属-介质-金属（MIM）波导结构的模式分析

3.1 理论分析

3.2 MIM模式的数值计算

4 基于SPP的偏振器的传输特性分析

4.1 基于SPP效应的偏振器的结构和工作原理

4.2 TM0模式传输性能的仿真分析

4.3 TM1模式传输性能的仿真分析

4.4 TE模式传输性能的仿真分析

4.5 本章小节

5 基于SPP偏振器的性能分析

5.1 高斯波激励时偏振器的工作情况

5.2 基模激励时偏振器的工作情况

5.3 一阶模激励时偏振器的工作情况

5.4 本章小节

6 总结与展望

致谢

参考文献