混合等离激元波导特性分析及布拉格光栅光子器件设计

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混合等离激元波导凭借其高集成度、强场局域性的优点,在纳米光学领域得到广泛关注。研究者致力于研究不同形态下的混合等离激元波导,在提升集成度与场局域性的同时,追求更长的传输距离。基于混合等离激元波导的集成光子器件,如偏振器耦合器、分束器等均得到了广泛的应用。本论文旨在研究不同类型的混合等离激元波导在不同的几何参数下的模式限制能力与传播长度,并基于所述混合等离激元波导构建布拉格光栅结构,研究不同偏振态在该结构中的电磁波透射谱,并基于所述布拉格光栅进行啁啾结构的构建,设计出了双模式禁带可调、单模式宽禁带且禁带可调的元件结构。本文的主要研究内容如下:首先,研究了脊形混合等离激元波导的色散关系与传输特性,并基于脊形混合等离激元波导构建布拉格光栅结构,研究该结构中TE、TM模式的传输特性,并通过导纳匹配理论对其不同波段处的透射谱进行了优化,实现了良好的滤波功能;接着,研究了板状金属混合等离激元波导,在保持模式限制能力的同时,很大程度地降低了金属带来的损耗并优化了传播长度,同时基于该波导在不同的高折射率介质层宽度下的有效折射率变化特性构建不同的布拉格光栅结构,并在该结构上再次利用导纳匹配理论,在两端设置相同的导纳匹配区实现了对不同波段下的透射谱进行了优化,从而获得了适用于不同滤波条件的元件结构;最后,基于上述布拉格光栅构建了啁啾结构,研究了不同的构造方式对啁啾结构透射谱的影响,同时,利用导纳匹配理论,在两端设置不同的导纳匹配区对不同波段下的透射谱实现了优化,实现了波段可调的具有宽波段TM滤波元件结构。通过本论文的工作,实现了混合等离激元波导结构上的优化,有效地降低了损耗,提升了传播长度。在此基础上对由不同结构参数的混合等离激元波导交替排列构成的布拉格光栅结构进行研究,设计出了容差率高、具有双模式滤波且禁带波段可调的超低损耗偏振器。通过构建啁啾结构,设计出了具有宽禁带且禁带波段可调的TM滤波元件结构,同时提出了导纳匹配理论分析和优化了指定波段的透射谱,在集成光学领域具有一定的应用价值。
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