表面等离激元(SPPs)是一种入射光与金属中自由电子相互耦合导致的一种表面电磁波,它被限制在沿着金属-介质的方向进行传播。它具有突破光学衍射极限的特性,基于SPPs的光学器件的尺寸能够被控制在亚波长范围之内,因此它在光通信器件小型化和高度集成化方面发挥越来越大的作用。本文主要针对基于表面等离激元的全光逻辑门展开研究,主要的研究内容和创新点如下。1.论文提出了一种基于光与轨道耦合作用的光开关和AND逻辑门。金属纳米线尖端的局域表面等离激元与定向传播的SPPs相耦合,能够产生在金属纳米线上产生自旋传播的SPPs。因此我们设计一种Y型金属结构,通过在金属的一端入射圆偏振光并与Y型结构相耦合产生沿Y型结构表面传播的SPPs,通过控制自旋传播的SPPs的方向来控制表面等离激元从不同的导轨射出,计算输出端口光的透射率并且选择合适的阈值实现光开关,此外在提出的Y型结构的其中一个导轨上放置一个齿形结构来调整光开关的消光比。之后再利用两个Y型结构的级联,监控出射端口的透射率并且选择合适的阈值实现了 AND逻辑门。在本文中利用圆偏振光的不同偏振态来实现基本逻辑的编码,定义左旋偏振光(LCP)为逻辑1,右旋偏振光(RCP)为逻辑0。2.论文提出了一种基于金属纳米波导和圆形谐振腔耦合理论的NAND逻辑门和NOR逻辑门,设计了 一个与MIM波导相耦合的圆形谐振腔系统,波导与圆形谐振腔相耦合时,当入射光的频率和圆形谐振腔的频率相同时圆形谐振腔中的共振模式就会被激发,入射光就会从一个波导传递到另一个波导,在入射光频率远离谐振频率时,入射光几乎都会被反射回来。文章分析入射光通过系统后的透射率,通过控制输入端口的状态可以实现基本的NAND逻辑门。之后再通过调整输入端口和输出端口的位置,实现基本的NOR逻辑门。并且还通过分析结构中圆形谐振腔的半径以及矩形波导与圆形谐振腔的耦合距离对仿真性能的影响。