楔型表面等离子体波导传输性能研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiwang452
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近几十年来,电子技术的发展越来越快,现代微电子学正快速接近其在速度与信息处理效率等方面的极限。这时,具有带宽大,速度快等特点的光子电路进入了人们的视野,成为计算机技术、信息处理与存储和传感等领域极具研究价值的方向。但是由于衍射极限的存在,光子电路无法做到像电子电路那样小的尺寸。这时,表面等离子体因其具有能突破衍射极限的特性,给人们带来了光子器件微型化、集成化的曙光,成为人们研究的热点。  本文首先研究了一种双楔型表面等离子体波导,该波导由两个楔型表面等离子体波导上下对称放置,中间间隔一段距离而形成。论文应用有限元法对双楔型表面等离子体波导的模场分布、有效系数、传播距离、有效模式面积和品质因数与波导的几何参数和形状之间的依赖关系做了分析,结果表明:双楔型表面等离子体波导的基模的模场主要分布在尖端附近及两个尖端之间的区域,同时,通过调整波导的几何参数,可以调节有效系数、传播距离、有效模式面积和品质因数。在通信波长下,有效系数随顶角和间隔的增加而呈减小的趋势,传播距离和有效模式面积随顶角和间隔的增加而呈增加的趋势。接下来,讨论了这种双楔型表面等离子体波导在传感器领域的应用。  接着,本文提出了一种带介质层的楔型表面等离子体波导,并对带介质层的楔型表面等离子体波导在1.55um通信波长下的传输性能进行了研究,应用有限元法对带介质层的楔型表面等离子体波导的模场分布、有效系数、传播距离、有效模式面积和品质因数与波导的几何参数和形状之间的依赖关系做了分析,结果表明:带介质层的楔型表面等离子体波导的基模的模场主要分布在尖端附近的区域,同时,通过调整波导的几何参数,可以调节有效系数、传播距离、有效模式面积和品质因数。在通信波长下,有效系数随顶角的增加而呈减小的趋势,传播距离和有效模式面积随顶角的增加而呈增加的趋势;有效系数随介质层厚度的增加而呈增加的趋势,传播距离和有效模式面积随介质层厚度的增加而变化;有效系数和有效模式面积随介质层宽度的增加而减小,传播距离和品质因数随介质层宽度的增加而增加。当介质层厚5nm,宽为0-20nm且楔形顶角在40°-60°之间时,该波导的传输距离为180-340μm左右,模式面积为0.003μm2-0.02μm2左右,品质因数较无介质层时增加了10-30倍。
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