表面等离子激元弯曲波导的仿真和设计

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表面等离子激元波导具有突破光学衍射极限的特性,成为了集成光学领域极具发展潜力的集成光学器件组件。表面等离子激元波导的模拟仿真工作为研制高性能波导器件奠定了基础。本文的主要工作是对表面等离子激元弯曲波导进行了仿真和设计,包括性能模拟、实验制备和器件研究。  本文基于有限元法对表面等离子激元直波导进行了模拟仿真,掌握了关键参数对表面等离子激元波导性能的影响,获得了优化的直波导结构,并研究了实验中常用的直波导阵列结构的模式光斑,为直波导的实验样品制备提供了参考。在直波导模型的基础上,用保角度变换的思想,对表面等离子激元弯曲波导进行了仿真,研究了其模式光斑和损耗 特性,优化了其结构参数,为基于表面等离子激元弯曲波导的器件研究打下了基础。实验上,以仿真结果为指导,设计了研表面等离子激元波导的结构和工艺,制备出了表面等离子激元波导,成功实现了直波导的通光测试,并对波导的结构尺寸、损耗特性进行了表征。此外,研究了表面等离子激元弯曲波导的应用,主要研究了一种新提出的基于表面等离子激元波导谐振环的集成光学陀螺,分析了其具有单偏振和光电复用的优势。建立了陀螺灵敏度理论模型,获得了其在增益下的极限灵敏度,达到10-4度/小时量级。并着重研究了带增益的表面等离子激元陀螺中,自发辐射噪声对陀螺性能的影响,提出了抑制噪声的方法,进一步论证了其工程应用的可行性。
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