基于黄金分割原理的长程介质加载表面等离子激元波导传输特性研究

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1、分类号：TN252密级：公开研究生学位论文基于黄金分割原理的长程介质加载论文题目（中文）表面等离子激元波导传输特性研究StudyontheTransmissionCharacteristicsoftheLong-rangeDielectric-Loaded论文题目（外文）SurfacePlasmonPolaritonWaveguideBasedonthePrincipleofGoldenRatio邵晓珍研究生姓名信息与通信工程·通信与信息系统学科、专业微纳光器件设计与应用研究方向硕士学位级别张冠茂副教授导师姓名、职称论文工作2015年9月至2016年5月起止年月2016年4

2、月论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年6月学位授予日期校址：甘肃省兰州基于黄金分割原理的长程介质加载表面等离子激元波导传输特性研究中文摘要随着纳米技术的飞速发展以及人们对于光电子回路器件的微型化、集成化的要求越来越高，传统的波导器件由于衍射极限的限制已经逐渐无法满足发展的需要。表面等离子激元是一种存在于金属与介质交界面上的电磁传播模式，它能够将能量约束在超出衍射极限的亚波长范围内，从而为波导突破衍射极限的限制提供了可能。因此，基于该种技术设计的表面等离子激元波导将在集成光学和器件的集成化方面有着非常广阔的应用前景。本文基于传统的长程介质加载表面等离子激元波导提出

3、了一种基于黄金分割原理的新型长程介质加载表面等离子激元波导(LR-DLSPPW)结构，并在通信波长λ0=1.55μm情形下，运用有限元法软件COMSOLMultiphysics对这种波导的基模的归一化电场分布、模式有效折射率、归一化衰减常数、传播长度、模式宽度、品质因数(FOM)和耦合长度等传输特性参数进行了仿真分析计算。结果表明，与不具有黄金分割比的类似波导相比，基于黄金分割比的LR-DLSPPW具有相对较长的传播长度和相对较小的模式宽度；另一方面，当介质脊面积保持0.9μm2不变且介质脊高宽比值取为黄金分割比时，其品质因数会出现一个超过6.15×105的最大值。此外，当

4、两个波导中心到中心的间隔超过3μm时，相邻波导间的串扰可被忽略。显然，这种基于黄金分割原理的新型波导结构能够很好地被应用于高密度光子集成回路的设计之中。关键词：集成光学,表面等离子激元波导,有限元法,黄金分割原理,传输特性IStudyontheCharacteristicsofLong-rangeDielectric-LoadedSurfacePlasmonWaveguideBasedonthePrincipleofGoldenRatioAbstractWiththehigh-speeddevelopmentofnanometertechnologyanddevicesfo

5、rintegration,theminiaturization’sdemandishigherandhigher,thelimitationoftraditionalwaveguideduetothediffractionlimit,cannotsatisfytheneedsofthedevelopmentgradually.Surfaceplasmonpolaritons(SPPs)isatypeofelectromagneticmodeexsitingonthemetal-dielectricinterface,whichcanconfinetheenergyinthe

6、sub-wavelengthdimensionbeyondthediffractionlimit.Thus,itispossibleforwaveguidestobreakthroughthediffractionlimit.Therefore,thesurfaceplasmonpolaritonwaveguidesusingthiskindoftechnologywillhavewidelyapplicationprospectinintegratedofopticsandhighlyintegrateddevices.Inthispaper,anovellong-ran

7、gedielectric-loadedsurfaceplasmonpolaritonwaveguide(LR-DLSPPW)structurebasedontheprincipleofthegoldenratioisproposedbasedonthetraditionalLR-DLSPPW.Transmissioncharacteristicslikethenormalizedelectricfielddistribution,modeeffectiverefractiveindex,normalizedatte