本文關(guān)鍵詞：基于光子晶體和人造表面等離子體的諧振腔器件研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光子晶體是一種周期性的亞波長介質(zhì)結(jié)構(gòu),與半導(dǎo)體晶體材料可以控制電子類似,光子晶體可以控制光子的運動和行為。人造表面等離子體是光波段表面等離子體在太赫茲和微波段的類比。光子晶體和人造表面等離子體都是亞波長的周期性結(jié)構(gòu),可以用來設(shè)計實現(xiàn)具備特異性質(zhì)的器件。本文的工作包含了幾種基于光波段的光子晶體和微波段的人造表面等離子體的新型諧振腔器件在理論與實驗上的研究。理論方法方面,介紹了光子晶體仿真所用的平面波展開法和有限差分時域法。實驗方面,對于工作在可見光和近紅外波段的亞波長結(jié)構(gòu)光子晶體,納米加工技術(shù)是極其重要的。本文介紹了基于硅的納米加工工藝流程,并討論了對于制備光子晶體所需要的鄰近效應(yīng)校正技術(shù)以及對制備用于傳感的懸掛結(jié)構(gòu)所需的濕法腐蝕工藝中的幾個問題。通過人造表面等離子體和光子晶體混合結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)具有負(fù)等效折射率的材料,并用于設(shè)計和實驗實現(xiàn)開放腔。開放腔是一種應(yīng)用負(fù)折射材料性質(zhì)所提出的概念,由于諧振模式與外界環(huán)境有較大的重疊,在傳感和激光器方面有一定應(yīng)用潛力。本文中實現(xiàn)的開放腔工作在微波段,類似的思路也可以在太赫茲實現(xiàn)。同時還討論了在光波段實現(xiàn)開放腔的可能方案。耦合器是波分復(fù)用系統(tǒng)中的重要元件�；诤啿Ⅰ詈夏Ｊ降乃泶┬�(yīng),可以利用納米梁光子晶體微腔設(shè)計尺寸緊湊的耦合器,并且通過實驗驗證了這一設(shè)計。本文提出的器件在極小的尺寸下具備良好的性能以及較低的損耗,除此之外,相比于常見的微環(huán)諧振腔,這一器件具有不受自由譜范圍限制的優(yōu)點。慢光波導(dǎo)通過減慢在其中傳播的模式的群速度來增強光與物質(zhì)的相互作用。通過引入漸變結(jié)構(gòu)還可以將光限制在其中形成諧振腔。本文利用基于負(fù)折射率光子晶體慢光波導(dǎo)的微腔提出并實驗制備了一種折射率傳感器。通過數(shù)值仿真可以得到此傳感器的靈敏度達(dá)到770nm/RIU。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體 人造表面等離子體 負(fù)折射 諧振腔 傳感器 耦合器
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN629.1;O734
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 縮寫、符號清單、術(shù)語表13-18
• 1 緒論18-30
• 1.1 光子晶體18-20
• 1.2 人造表面等離子體20-22
• 1.3 光子晶體中的負(fù)折射22-24
• 1.4 光子晶體諧振腔24-26
• 1.5 集成耦合器26-28
• 1.6 微腔折射率傳感器28-29
• 1.7 本文的工作29-30
• 2 方法30-52
• 2.1 仿真計算方法30-34
• 2.2 實驗制備流程34-37
• 2.3 電子束光刻的鄰近效應(yīng)校正37-46
• 2.4 硅懸空結(jié)構(gòu)的濕法加工46-50
• 2.5 本章小結(jié)50-52
• 3 微波段人造表面等離子體開放腔52-64
• 3.1 負(fù)等效折射率的人造表面等離子體模式53-55
• 3.2 開放腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計55-57
• 3.3 開放腔諧振模式的仿真結(jié)果57
• 3.4 實驗測量與討論57-61
• 3.5 開放腔在傳感方面的應(yīng)用以及其它波段實現(xiàn)的可行性61-62
• 3.6 本章小結(jié)62-64
• 4 緊湊型Nanobeam微腔耦合器64-76
• 4.1 耦合模式的隧穿效應(yīng)64-65
• 4.2 Nanobeam微腔65-66
• 4.3 耦合Nanobeam微腔系統(tǒng)中的簡并模式66-68
• 4.4 仿真結(jié)果68-69
• 4.5 樣品加工與實驗測量69-71
• 4.6 結(jié)果討論71-74
• 4.7 本章小結(jié)74-76
• 5 基于負(fù)折射光子晶體慢光波導(dǎo)的微腔折射率傳感器76-86
• 5.1 負(fù)GH位移與慢光波導(dǎo)76-77
• 5.2 光子晶體慢光波導(dǎo)及諧振腔的設(shè)計77-81
• 5.3 理論仿真81-82
• 5.4 實驗制備82-85
• 5.5 本章小結(jié)85-86
• 6 總結(jié)與展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-102
• 作者簡歷102-104
• 發(fā)表文章目錄104

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