双层介质加载等离子体微环的高灵敏生物传感

为了提高介质加载表面等离子体的传输距离,提出了基于双层介质加载的表面等离子体波导结构。利用有限元方法研究了介质加载的表面等离子体波导的模场分布及传输特性,并对其传感应用的波导灵敏度进行了分析。研究表明, 当低折射率介质厚度占波导总厚度的33%时,传输距离是单层介质加载表面等离子体波导的2.4倍。利用该波导结构组成的微环谐振腔被用于生物传感研究,其传感特性分析表明,传感灵敏度为411 nm/RIU,检测极限为1.210-5 RIU。双层混合介质加载表面等离子体波导的设计和研究为其进行无标记生物传感应用提供了有价值的指导。     

脊位于窄边的四种加载介质波导传输特性的有限元计算

运用矢量有限元方法对脊位于窄边的四种加载介质双脊波导的主模截止波长和单模带宽特性进行了计算和分析,四种波导分别为脊位于窄边的加载介质双脊矩形波导、加载介质双脊梯形波导、加载介质双脊V形波导以及加载介质双脊椭圆形波导。计算结果表明,脊位于窄边的四种加载介质双脊波导的两种传输特性总体相似,和脊位于宽边相比,脊位于窄边的主模归一化截止波长和单模带宽总体小很多,且脊位于宽边时的特性变化趋势比脊位于窄边时剧烈。这些计算结果将有助于微波器件及微波系统的设计。     

脊背型介质加载表面等离子体波导传输特性研究

为降低传输过程中的损耗,加强介质加载等离子体波导的模式场约束,并且优化等离子体波导的传输性能,对基于介质加载的表面等离子体波导的传输特性做了进一步的研究,设计了一种脊背型介质加载等离子体波导,并对其模式场分布及其传输参数随波导中的几何参数与电磁参数的变化关系做了相应的研究。仿真结果得出:基模的电场分量主要分布在该结构的金属/介质层1界面。该模式的传输特性,随着该波导的几何参数的变化而发生相应改变,因而可以通过改变这种结构的几何参数,对场实现有效控制,使其局域性明显增强。     

脊位于窄边的介质加载双脊波导场结构的计算

将矢量有限元方法应用到脊位于窄边的四种加载介质双脊波导的场结构特性计算中,这其中包括脊位于窄边的加载介质双脊矩形波导、脊位于窄边的加载介质双脊V形波导、脊位于窄边的加载介质双脊椭圆形波导以及脊位于窄边的加载介质双脊梯形波导。多种模式的场结构特性随脊尺寸的变化而变化,其图形结果将有助于微波器件的设计。     

介质加载型混合表面等离子体波导的损耗特性

为实现长距离传输及亚波长尺度的模式限制,在传统介质加载型表面等离子结构的基础上,设计了一种微孔介质加载混合表面等离子体波导,采用时域有限差分法(FDTD)对该波导模式场分布及传输特性进行了相应的研究。研究表明所设计的波导结构具有较强的局域场限制,通过在孔内填充增益介质,使混合等离子体波导的传输损耗得到了补偿,输出端的表面等离子激元实现了增益放大。结果表明,通过调整波导的几何参数和电磁参数,可以显著提高波导的场限制,降低波导本身的损耗,其中当孔与金属之间距离为44 nm时,波导的损耗达最小约为-13 dB/m。这一设计可以为光子器件集成提供一定的理论和实验借鉴价值。     

半导体增益介质对MSM 等离子体波导的传输损耗补偿研究

为了深入地研究在紫外波长范围内利用增益介质补偿等离子传输损耗,设计了具有半导体增益介质的金属-半导体-金属（Metal-Semiconductor-Metal,MSM）等离子体光波导结构。基于时域有限差分法（FDTD）,对该波导结构的传输损耗、有效折射率随几何结构的依赖关系进行了分析。进一步研究了利用II-VI 族半导体ZnO 作为增益介质时的无损传播条件。结果表明,当ZnO 宽度为80 nm 时,MSM 等离子波导可以实现紫外波长范围的无损传播;当ZnO 宽度大于80 nm 时,传播增益明显大于损耗,可以实现等离子极化波的传播放大,为表面等离子体基元纳米激光器技术提供理论依据。     

基于等离子体结构的太赫兹石墨烯电光调制器的机理分析

基于等离子体共振机理,提出了一种包含金属/石墨烯/Al2O3/石墨烯堆栈结构的等离子体脊型波导.基于光电效应的微观机理分析,通过设计波导结构和等离子体结构,优化调制器的性能.结果显示,电光调制器的插入损耗很低,工作在近红外波段,调制速率为730 GHz,能量损耗为0.7 fJ/bit,3-dB带宽为3.66 THz.     

基于等离子体结构的太赫兹石墨烯电光调制器的机理分析（英文）

基于等离子体共振机理,提出了一种包含金属/石墨烯/Al_2O_3/石墨烯堆栈结构的等离子体脊型波导.基于光电效应的微观机理分析,通过设计波导结构和等离子体结构,优化调制器的性能.结果显示,电光调制器的插入损耗很低,工作在近红外波段,调制速率为730 GHz,能量损耗为0.7 fJ/bit,3-dB带宽为3.66 THz.     

硅基结构混合等离子激元波导模式特性的数值研究

首先建立了一种由相同宽度的金属带,SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型,分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响,提出了模场面积为0.08 m2与430 m传输距离的设计方案.在此基础上,通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构.数值分析结果表明:硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8,同时传输长度能够延长到1.74 mm.并且模场面积可以进一步压缩到0.025 m2.此外,硅基板CGS波导制作更加简便,并可采用现有COMS制作技术完成,进而具有较大的实用前景.     

脊槽波导主模截止波长研究

为了满足微波传输系统性能的某些需求,各种结构形状的新型波导应运而生。采用有限差分法,利用MATLAB计算了脊槽波导中脊和槽的几何尺寸在中间位置连续变化时的主模截止波长,并对计算结果进行了对比分析,得出了主模截止波长随着脊的高度、宽度、槽的宽度等变化而变化的一些相关结论,为设计脊波导器件提供了参数。     

条形介质加载型表面等离子体波导传输特性的研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析对比了 介质-金属(IM)结构和金属-介质-金属(MIM) 结构波导对光波传输特性的影响,以及通过对IM结构的尺寸、折射率进行优化得到最佳传 输长度。数值 结果表明,IM结构波导能使光波传输距离更长。对IM波导结构研究发现,当介质层厚为 300nm,金属 层厚为200nm时,传输效果最佳。基于这个参数的IM结构,计算介质 层折射率对IM波导光传输特性的影响发现,介质层折射率为1.5时, 在模场约束较好的情况下,传输损耗降低,表面等离 子体波的传输长度最长。整体优化后的条型波导可以实现最大传输距离为37μm。这一设计和优化波导结构 参数的方法不仅拓宽了介质加载型表面等离子体激元(SPP)波导结构的理论基础,在纳米光 学集成器件研究上也具有一定的应用潜能。     

直角梯形脊波导传输特性的数值计算

将有限元方法引入到直角梯形脊波导传输特性的讨论中,求解了直角梯形脊波导的主模截止波长、单模带宽以及典型尺寸的场结构图,分析了直角梯形脊波导中脊上下底宽度以及脊高度变化对其传输特性的影响,并给出了相应的计算数据和图示。     

窄边双脊波导传输特性的分析

文中基于矢量有限元法对窄边双脊波导传输特性进行分析,分别在波导的宽边和窄边加载T型脊,计算波导的截止波长和单模带宽。通过比较脊位置的变化,给出不同模式的场图,并且指出了这种新型加脊波导的优缺点。     

8-18GHz同轴-波导转换器的分析与设计

同轴-波导转换器是微波系统中非常重要的元器件.基于脊波导和波导阶梯对导播系统中电磁波传播性能的影响,本文探讨了这两种结构应用在8-18GHz的宽带同轴-波导转换器设计中的情况.通过同轴-脊波导-矩形波导转换,并在脊波导上加载阶梯,很好地改善了阻抗匹配效果,提高了同轴-波导转换器的传输性能.仿真结果证明脊波导和波导阶梯在设计同轴-波导转换器中的有效性,在8-18GHz的倍频程带宽内驻波小于1.22,产生的高次模非常小.     

聚合物脊形光波导设计

用5层非对称平面波导理论和等效折射率法(ERIM)分析了金属电极对聚合物脊形光波导横向模式特性及其传输损耗的影响。计算结果表明：在工作波长1．55μm波段,当常规脊形光波导的芯层厚度大于0．8μm、包层厚度大于3．0μm时,才能保证传输损耗的理论极限小于0．1dB／cm;当脊波导刻蚀深度为0.l一0．2μm、对应脊波导宽度为7—5μm时,可满足脊波导横向单模传输。     

矩形变形脊波导主模截止波长的计算

为了满足微波传输系统性能的某些需求,各种结构形状的新型波导应运而生.采用有限差分法,利用Matlab计算了变形矩形脊波导在改变波导内部脊的位置、形状和大小等不同情况下的波导主模截止波长,并对计算结果进行了对比分析,得出了主模截止波长随着内脊的高度、宽度、上下脊高度及宽度比例的变化而变化的一些相关结论.     

基于有源介质的增益辅助无损耗混合表面等离子体波导

设计了一种基于有源介质的增益辅助无损耗条形 混合表面等离子体 波导。利用有限元算法,理论分析了混合表面等离子体波导在通信波段的传输特 性。结果表明,此波导在突破衍射极限的亚波长光场限制下可实现约10μm的 传输长度。在混合表面等离子体波导中引入泵浦增益后,可以实现光信号的无损 耗传输,从而实现在亚波长光场限制下的无限长传输。此类混合表面等离子 体波导兼具结构简单和易于制备等优点,在光 互联、光子集成电路、光通信和光信息处理等方面有重要的潜在应用。     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

含石墨烯多层结构左手材料平面波导TM振荡模的传输特性

对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构,覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明:随着归一化波导厚度的增加,TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小,且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现;进一步研究发现,波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小,对负功率流和零功率流的影响较大。     

曲折双脊槽波导高功率宽频带太赫兹行波管

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外, 粒子仿真结果表明当电子注加载27.4kV电压和0.25A电流时, 新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340GHz处输出功率能达到65.8W同时对应增益27.21dB.因此, 曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.