基于MIM波导的电磁诱导透明效应研究

论文总字数：19738字

目 录

摘要................................................................................................1

Abstract...........................................................................................2

1绪论...............................................................................................3

1.1研究背景和意义.....................................................................................................................3

1.2国内外研究现状.....................................................................................................................3

1.2.1 纳米表面等离激元器件.............................................................................................3

1.2.2 金属-绝缘体-金属波导电磁诱导透明......................................................................4

1.3 主要研究内容........................................................................................................................5

2 FDTD原理.....................................................................................5

2.1时域有限差分法......................................................................................................................5

2.2 Yee元胞...................................................................................................................................7

2.3数值稳定性..............................................................................................................................9

2.4 Drude模型.............................................................................................................................10

2.5本章小结................................................................................................................................11

3金属-绝缘体-金属波导电磁诱导透明效应研究................................11

3.1金属-绝缘体-金属波导简介..................................................... ..........................................11

3.2 金属-绝缘体-金属波导电磁诱导透明效应研究...............................................................13

3.2.1 金属-绝缘体-金属波导共振系统设计.....................................................................13

3.2.2 电磁诱导透明效应结果与分析...............................................................................14

3.2.3基于金属-绝缘体-金属波导电磁诱导透明的传感器研究......................................17

3.3本章小结................................................................................................................................18

4总结..............................................................................................19

参考文献.........................................................................................19

致谢................................................................................................21

基于MIM波导的电磁诱导透明效应研究

张月香

，China

Abstract：A new type of electromagnetically induced transparency (EIT) resonant waveguide structure has been proposed and studied in this paper. The structure is composed of metal-insulator-metal (MIM) from which a tooth-like cavity structure is formed. The transmission property similar to the electromagnetically induced transparency has been realized by this tooth-like cavity structure. The simulation results show that when changing the length of the resonant waveguide, the wavelength of the electromagnetically induced transparency transmission peaks and dips are changed accordingly. Based on the parameter sensitivity property of the transmission spectrum, we have propose and study a plasma waveguide sensor. The refractive index value can be measured by the resonant waveguide wavelength of the transmission spectrum.

Key Words: Metal-insulator-metal waveguide, Electromagnetically induced transparency, Plasma waveguide sensor

1绪论

1.1研究背景和意义

从1960年至今，随着各类激光产品以及光学电子相关技术的出现并且不断趋于成熟，使得人们在通信方面取得极大的便利，越来越多的人希望获得成本低且速度快的通信方式，由光纤构成的网络系统被人们广泛使用。然而如今，人们开始追求一种更加先进的网络——全光通信网络，其中最核心的也就是光集成技术。由于集成电子学在发展过程中受到各种外在条件的限制，因而如何解决这一问题成为人们研究的重点。

集成光学也就是光集成技术首先由美国贝尔实验室的S. E. Miler博士提出^[1]。区别于集成的电子，因为它是集成光处理的光信号，所以它可以处理包含在波特性(特别是波表面)的波形信息，而不是在电子流中。根据目前我们所能看到的，电子集成技术已经发展到一个相对成熟的阶段，而光子集成技术也取得了一定的进展。因此，在发展达到全光网络技术以前，一个混合并且聚集光子和电子的装置引起了人们的重大关注。近年来，人们利用改变表面等离子体的波长以及相关结构来传输信息。由于表面等离子体波的波长比入射光的波长要小，因此预计会打破衍射的极限。这些研究对于基于表面等离子体的光电集成产品具有重要的现实意义。

通过改变亚波长长度以及结构参数大小对于光学集成有很大的影响。由于衍射极限的存在，介质波的波导的最小尺寸受到影响,量级为，表示波的长度，n表示折射率大小，相比较于介质波波导，基于金属-绝缘体-金属(Metal-insulator-metal，MIM)波导的表面等离子体更能突破波长尺寸的限制^[2.3]，并且MIM波导在整个可见光的频率范围内都有很大的群速度^[4]，因此在整个光波场的调节与控制有很大的优势。由此可见，MIM波导很有可能成为连接传统意义的光学和各种光学产品以及尺度在亚波长范围内的电子的桥梁。

1.2国内外研究现状

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