椭圆柱型混合表面等离子体波导传输特性研究

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1、分类号TN91学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文椭圆柱型混合表面等离子体波导传输特性研究申请人姓名熊秋林专业名称信息与通信工程学院（系、所）信息工程学院指导教师马君显教授张力副教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文椭圆柱型混合表面等离子体波导传输特性研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确

2、方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日摘要随着信息技术的不断发展，人们对光电集成度的要求越来越高，然而衍射极限成为高密度的光电集成电路发展的瓶颈。混合型表面等离子体光波导能够突破衍射极限，在亚波长范围内具有较强的光局域特性和传输特性，在光学器件的小型化、集成化方面被广泛的应用与研究。本论文在结合多种混合表面等离子体光波导的性能研究基础上，设计了椭圆柱型混合表面等离子体波导，并用有限元仿真软件COMSOL进行了模拟分析，验证了其优异的传输特性。本文的研究成果和内容如下：1）分析和比较了该混合

3、波导在不同比例和不同尺寸下的有效模式折射率、传输长度、模场面积和品质因数。基于波导的局域特性和传输长度之间的“交易”关系，我们22对该波导结构进行了优化分析。在模场面积为/270~/27的范围内，传输长度达到了485um，其传输损耗得到了有效降低。品质因数的变化曲线也印证了该混合波导在传播距离和模场面积两者之间有良好的“交易”关系。2）仿真了该混合波导在不同尺寸下的各种场分布图，并用耦合模理论对其进行了解释论证。该混合波导的优异性能与其他结构类型的波导进行了对比，其传输长度和模场面积都胜过其他的波导结构，两者之

4、间的权衡性也很突出。除此之外，我们还和所引用的几篇文献进行了比较，在模场面积相差不大的情况下，本文研究的混合波导的传输长度比其他文献的长50~200um。3）在该混合波导上集成了一种定向耦合器，仿真分析了耦合器的奇偶模式图、耦合长度变化曲线和最大转移功率图。通过改变两并行波导间的距离实现了对该耦合器的耦合长度的优化，当d等于100nm时，耦合长度是最短的，仅仅只有1.654um。通过与其他波导结构上集成的定向耦合器比较，本文研究的定向耦合器的最大转移功率大于脊状纳米线和圆柱体结构上集成耦合器的。对应地，其耦合效率高

5、于这两种结构集成的耦合器。关键词：表面等离子体；椭圆柱；混合波导；传输特性；耦合效率IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofinformationtechnology,peoplehaveincreasinglydemandingonoptoelectronicintegrateddegree,butthediffractionlimitbecomesthebottleneckofhigh-densityoptoelectronicintegratedcircuitdevelo

6、pment.Withthestronglightlocalcharacteristicsandtransmissioncharacteristicsinthesub-wavelength,hybridsurfaceplasmonpolaritonswaveguidecanbreakthediffractionlimit,anditiswidelyappliedandresearchedontheminiaturizationandintegrationofopticaldevice.Onthebasisofcomb

7、inationwiththeperformancestudyofmanyhybridsurfaceplasmonpolaritonwaveguides,wedesigntheellipticcylindricalhybridplasmonicwaveguide.AndwesimulateandanalyzeitbyusingthefiniteelementsoftwareCOMSOL.Thecontentsofthispaperareasfollows:Firstly,weanalyzedandcomparedth

8、eeffectivemoderefractiveindex,propagationlength,modeareaandfigureofmeritofhybridwaveguideunderthedifferentratioanddimension.Basedonthetrade-offbetweenlocalcharacteristicsandtransmi