1、全光信號處理和光學傳感領域的現(xiàn)實需求,促進了納米光子學的飛速發(fā)展。以新型電磁媒質為基礎的信號處理技術在新能源、環(huán)境監(jiān)測領域得到了應用。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周期性排列而組成人工電磁媒質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構在全光通信和傳感領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-介電復合波導結構的色散方程出發(fā),采用理論分析和時域有限差分(FDTD)的方法研究MD雙層波導結構和金屬-介電-金屬(MDM)三層波導結構的色散性能和有效折射率。提出MDM波導結構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。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波導結構中模式在不同參數(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波導結構的等效阻抗,并且從場分布的角度出發(fā)得出了MDM波導結構等效阻抗,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,可以將該結果用于波導結構的傳輸線理論。將傳輸線理論引入對深亞波長金屬-介電復合波導結構透射性能的分析過程,對單側樁 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。結果表明傳輸線理論和轉移矩陣方法可以有效地闡釋金屬-介電復合波導結構的光學傳輸性能,是一種行之有效的理論分析方法。提出的MDM波導結構中的模式分