mim型表面等离子体滤波器的透射信道性能优化研究

《mim型表面等离子体滤波器的透射信道性能优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1引言第1章绪论随着社会的不断进步和科技的飞速发展，新发现、新思想层出不穷。在过去的一个世纪内，光通信技术的出现给人类社会带来了一场巨大变革。它在很大程度上增大传送信息量，加快了信息传输和处理速度，为飞速发展的现代通信带来了新的活力。如今光纤已经遍布全球，引导着光信号传输着大量通信数据。光子作为信息的良好载体，具有许多电子无法比拟的优势。最明显的优势就是光子在介质中的传播速度远远大于电子的传播速度，而且光子是电中性粒子，没有相互作用，因此能耗低，抗干扰能力强IlJ。光子具有偏振和频率等多种信息，因

2、此具有更大的信息容量。如果能够实现光子替代电子传递信息，信息的传输速度将得到大幅度提高。早在十多年前，就有研究者预言光子元件将在未来代替微处理器和其他计算机芯片中的电子电路。然而光子元件的体积和性能一直受到传统衍射极限的制约，当光子器件或回路的尺寸小于入射光波长时，光将不会或很少透过孔径。为了突破这一制约，国内外许多研究者做了大量的研究。1998年，T．W．Ebbesen等人【2]在Nature期刊上发表了关于在金属亚波长薄膜上小孔异常透射增强的论文，引起了国际上对表面等离子体(surfaceplasmons，SPs)广泛而深入的研究。

3、随后R．Sambles在Nature期刊上发表评论文章【3】，认为此现象可以实现光波突破传统衍射极限，能够为发展新型光子器件、宽度通讯系统、微小光子回路、测量技术和新型光学传感器等提供可能。2003年，WL．Barnes等人【4]发表了一篇题为<

4、度的光现象，即在远小于光波长空间里进行研究。SPs正是凭借其独特的表面传播特性，基于SPs的金属纳米结构能够将光局限在亚波长尺度内，在未来纳米集成光子回路或器件中有着重要的应用前景。1．2金属一绝缘体一金属波导的研究意义关于SPs的研究已经有100多年的历史了。早期由于受到制作工艺的限制，无法加工制作微米和纳米尺寸的元件和回路，SPs显露不出它的特性，因此不为人们所关注。随着工艺技术的不断进步，尤其是微细结构加工技术的快速发展，如今已经能够制作出特征尺寸为微米和纳米量级的元件和回路，人们又重新激发起对SPs的研究热情。作为最近几年国内外

5、一大研究热点，基于SPs的光学波导由于在亚波长尺寸内对光西南交通大学硕士研究生学位论文第2页波的传导能力，被普遍认为在未来纳米集成光子回路或器件中具有重要的应用。目前，人们已经利用各种形状的金属结构来设计SPs波导，包括金属．绝缘体．金属(metal．insulator-metal，MIM)[5·9】波导、金属棒【10·131、楔形结构【14-171以及V形槽[18-21】等。其中，MIM波导由于相对于其他波导结构具有一些独特的优势，吸引了大批研究人员对MM型波导及器件进行研究。Im(B)。In毫“llAtnrvIm磐es。：lvane

6、scentmodes---◆◇：⋯上：。0T共i!surfac=lasm。nImodes图1．1MINI波导内的模式口6】e(13)较早有关MINI波导的报道可以追溯到上世纪80年代。1986年，J．J．Burke与GI．Stegeman合作【221，从有损金属薄膜波导的角度探究了M蹦波导中绝缘介质内电磁波的传播系数。2006年，J．A．Dionne等人【23J又对MIM波导进行了较为深入的研究，并与绝缘体．金属．绝缘体(insulator-metal．insulator，nvIi)波导中SPs的传播特性进行了对比，研究结果表明，MIM

7、波导中电磁波具有较远的传播距离，相对较小的损耗和对SPs能量有更好的局域效果等优点。综合以往的研究报道，可以将M蹦波导的结构特点归纳为：(1)亚波长传输特性。当传统电介质波导或光纤的截面直径小于波长量级时，电磁波无法在其中进行远距离传播。然而，SPs由于可以将电磁波的能量局域在金属表面纳米尺寸范围内，能够实现亚波长尺寸的电磁波传播。同时，国外Gordon[24]等人已经对金属孔中的振荡模式和小孔内各传播模式的截止波长随着小孔尺寸的变化规律做了详细而深入的研究，这些研究工作为各种SPs光器件设计和实验奠定了理论基础。MIM波导更是凭借其特

8、殊的狭缝结构，可以将SPs限制在很小的狭缝波导内。即使狭缝的宽度远小于波长时仍可以传播SPs模式，从而不存在截止缝宽。因此MIM波导可以实现电磁波在纳米尺寸范围的传播，成为了最近学术界广泛关注的一大热点。(