1、全光信號處理和光學傳感領(lǐng)域的現(xiàn)實需求,促進了納米光子學的飛速發(fā)展。以新型電磁媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號處理技術(shù)在新能源、環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到了應用。表面等離子體(SPP)作為一種在金屬-介電(MD)界面處傳播的特殊電磁波動,可以有效聯(lián)結(jié)波導器件中的局域光場和行波場,用作亞波長波導和納米天線,在深亞波長波導領(lǐng)域具有重要的應用。由金屬或介電材料在亞波長尺度范圍內(nèi)周期性排列而組成人工電磁媒質(zhì)具有很多新穎的光學性能,在納米光子學和集成光學中應用廣泛。其中,貴

2、金屬和介電材料組成的深亞波長波導結(jié)構(gòu)在全光通信和傳感領(lǐng)域也具有非常重要的作用。
　　本文從貴金屬材料的Drude模型和金屬-介電復合波導結(jié)構(gòu)的色散方程出發(fā),采用理論分析和時域有限差分(FDTD)的方法研究MD雙層波導結(jié)構(gòu)和金屬-介電-金屬(MDM)三層波導結(jié)構(gòu)的色散性能和有效折射率。提出MDM波導結(jié)構(gòu)中可能存在對稱模式和反對稱模式,表面等離子體模式和振蕩模式。在深亞波長波導領(lǐng)域只存在對稱等離子體模式,對稱振蕩模式不在深亞波長波導的

3、研究范圍之內(nèi)。反對稱模式存在截止寬度,隨介電層厚度的增加,該模式由等離子體模式變成振蕩模式。對MDM波導中可能存在的四種模式的截止條件和臨界條件進行系統(tǒng)分析,提出了MDM波導結(jié)構(gòu)中模式在不同參數(shù)空間中的相圖。系統(tǒng)分析PEC近似和Yablonovitch等效電路模型下MDM波導結(jié)構(gòu)的等效阻抗,并且從場分布的角度出發(fā)得出了MDM波導結(jié)構(gòu)等效阻抗,并對這些方法進行了比較。通過使用COMSOL軟件軟件對MDM波導的等效阻抗的數(shù)值計算,驗證理論解

4、析方法較其他兩種求得等效阻抗更準確,可以將該結(jié)果用于波導結(jié)構(gòu)的傳輸線理論。將傳輸線理論引入對深亞波長金屬-介電復合波導結(jié)構(gòu)透射性能的分析過程,對單側(cè)樁 MDM濾波器件進行傳輸線分析,并且和FDTD方法、FEM方法得到的結(jié)果進行了對比,驗證了傳輸線理論在深亞波長金屬-介電復合波導中強大的分析功能。結(jié)果表明傳輸線理論和轉(zhuǎn)移矩陣方法可以有效地闡釋金屬-介電復合波導結(jié)構(gòu)的光學傳輸性能,是一種行之有效的理論分析方法。提出的MDM波導結(jié)構(gòu)中的模式分