低色散低损耗表面等离子体慢光波导的理论研究

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1、上海交通大学硕士学位论文低色散低损耗表面等离子体慢光波导的理论研究姓名：韩博申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：姜淳20090201摘要导中慢光传输的损耗。利用波导中反对称TM模的独特性质，并引入非线性材料作为光学参量放大的增益介质，导模的传输距离得到了较大的提升（100%）。这一补偿金属材料中吸收损耗的机制，为设计更复杂的纳米等离子体器件打下了基础。在第五章中，我们对第四章中所提出的参量增益损耗补偿方案进行了改进，并对两种方案在频域上进行了比较和分析。数值实验的结果表明，改进后的方案对信号光具有更好的放大效果。通过超慢光(0.005c)对非线性效应的放大作用，信号光的传输长

2、度得到了更大的提升(400%)。在第六章中，我们分析了限制带宽延迟积提高的几个主要因素。利用金属-介质-金属波导色散曲线的可调节性，可以在多个频段上获得大的带宽延迟积。在第七章中，我们对介质-金属-介质波导的结构参数与其色散曲线之间的关系进行了研究。通过恰当的设置金属层的厚度和介质层的介电常数，可以获得想要的慢光特性。不同表面等离子体波导传输损耗之间的比较表明，介质-金属-介质波导由于对金属中传播能量的消减，拥有最长的传输长度。第八章对全文的结论和创新点进行了总结，并提出了未来的研究方向。关键词：表面等离子体，慢光，品质因数，传输距离，带宽延迟积第II页ABSTRACTTheoretic

3、alResearchonLow-dispersionandLow-lossPlasmonicSlow-lightWaveguidesABSTRACTThisdissertationstudiesthedevicesandmechanismswhicharebasedonmetal–insulator-metal(MIM)structures.Wehavedesignedalow-dispersionslow-lightwaveguideandahigh-Qresonantcavity,proposedamethodtocompensatelossesandextendpropagatio

4、ndistance,andrealizedlargedelay-bandwidthproducts(DBPs).Theseachievementscouldleadtoanumberofimportantfundamentalandtechnologicaladvancesinthefieldofplasmonics.Thisdissertationisorganizedasfollows:Chapter1isanintroductionmainlyaboutthetheoriesandbackgroundsourstudyinrelationto.Wefirstintroducethe

5、meaningandapplicationofPlasmonics,thefundamentalconceptionsandpropertiesofsurfaceplasmon(SP),thetypicalwaveguidestructures,andthetypicalsolutionstopropagationloss.Then,wedescribeslowlightwithgroupvelocity,dispersion,andpulsedistortion.Last,wetheoreticallyanalysetheparametricgain(PG)process.InChap

6、ter2,wedesignaSP-basedlow-dispersionslow-lightwaveguidewithadetailedanalysisofdispersionrelation,fielddistribution,andtimeflux.ItisshownthattheMIMstructurecansupportslowlightpropagationandsuppressthepulsedistortionintosometolerablevaluesimultaneously,whensettingthefrequencyinanappropriateregionin

7、thedispersioncurve.Thiswaveguidecanbeutilizedintheslow-lightsystemwithhighbitratecapacity.InChapter3,wedesignacavitywithahighqualityfactor,whichisbasedonthestraight第III页ABSTRACTwaveguideproposedinChapter2.Thefielddistr