【摘 要】
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表面等离激元自从被发现以来,便愈发活跃于光通信领域。其高能量局域性、易于集成、可突破衍射极限的特点使得其在生物传感、光通信、光电子器件等多方面得到广泛的应用,在现代光通信系统中有着独特的应用价值。使用金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)的三层波导可以有效激发表面等离激元,且这种波导结构简单,易于加工,结构紧凑,具有优秀的透射与反射特性,成为了许多光电子器件的基础。
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表面等离激元自从被发现以来,便愈发活跃于光通信领域。其高能量局域性、易于集成、可突破衍射极限的特点使得其在生物传感、光通信、光电子器件等多方面得到广泛的应用,在现代光通信系统中有着独特的应用价值。使用金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)的三层波导可以有效激发表面等离激元,且这种波导结构简单,易于加工,结构紧凑,具有优秀的透射与反射特性,成为了许多光电子器件的基础。光纤布拉格光栅作为在通信领域内已经得到广泛应用的成熟结构,可以很好地与MIM结构相结合,更好地发挥表面等离激元的特点。基于此,本文主要完成了以下工作:首先,本文简要介绍了表面等离激元的发展历史和现状。介绍了几种不同的SPPs的激发方式,并结合Maxwell方程组得到了色散方程,解释了 SPPs只能在TM模式下激发的原因。此外,介绍了 SPPs的几个特征参数,以及几种常用的SPPs数值研究方法。在本文后续的研究过程中,皆选用FDTD Solitons软件进行仿真模拟。其次,本文继续研究了 MIM的结构特点及SPPs在MIM结构中传播基本模式——奇对称模式和偶对称模式。此外,简要介绍了 MIM结构中表面等离激元的传输特点和MIM共振腔。随后,本文依次对光纤布拉格光栅,结合MIM结构的光纤布拉格光栅进行了介绍。对于布拉格光栅的特性及其在传播器件中的应用价值进行了分析,并指明利用布拉格光栅与腔体的耦合进行透射式滤波的可能性。最后,利用FDTD方式对金属-介质布拉格光栅阵列-金属结构进行了简单的仿真,并对其结果进行了分析。最后,本文提出了一个金属-介质布拉格光栅阵列-金属的透射式宽带带阻滤波器的模型。在运用FDTD方式研究了结构的透射特性后,我们调整了结构的各项参数,得到了一个可以有效率地改变其工作频率的方法。随后,本文改变了结构中阵列的形状,并最终发现圆形阵列、对称半圆形阵列、尺寸合适的倒梯形阵列和六边形阵列具有相似的透射率表现。最后,本文研究了特殊情况下结构发生损坏的透射率改变情况,结果表明结构对断裂与错位有一定抗性,但在弯折的情况下受影响较大。综上所述,本文提出的透射式带阻滤波器在纳米器件光通信方面具有一定的应用价值。为微纳光电子器件的仿真与调整提供了参考价值,起到了积极作用。
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