【摘 要】
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由于衍射极限的影响,光子器件的微型化受到限制,表面等离子体（Surface Plasmon Polariton.SPP）具有突破衍射极限的特性为光子器件的微型化提供了解决方案。基于SPP理论提出并设计的混合表面等离子体（Hybrid Surface Plasmon.HSP）波导结构具有低传输损耗以及强模式约束特性的光场传输特性,成为高集成度、低结构尺寸光学器件的研究重点。近年来关于石墨烯的研究发现
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由于衍射极限的影响,光子器件的微型化受到限制,表面等离子体（Surface Plasmon Polariton.SPP）具有突破衍射极限的特性为光子器件的微型化提供了解决方案。基于SPP理论提出并设计的混合表面等离子体（Hybrid Surface Plasmon.HSP）波导结构具有低传输损耗以及强模式约束特性的光场传输特性,成为高集成度、低结构尺寸光学器件的研究重点。近年来关于石墨烯的研究发现,通过石墨烯制作的石墨烯表面等离子体（Graphene Surface Plasmon.GSP）波导结构具有更低的传输损耗、较强的模式约束能力等优点,并且石墨烯具有优秀的调控性能,对光子器件的小型化和集成化的研究具有重要意义。因此,基于混合表面等离子体和石墨烯表面等离子体的理论,设计两种表面等离子体波导结构并进行分析。主要研究内容如下:（1）设计了一种具有低传输损耗和强光场局域性的HSP波导结构。利用Ag膜激发SPP,并与CdS纳米线内的光子模式耦合形成新的混合波导模式,并采用COMSOL仿真平台对λ=1550nm波长下的电场分布和模式特性进行分析。增加金属脊结构降低该波导的传输损耗和增强光场限制能力,并通过对几何结构参数对波导模式特性影响的研究,实现具有低损耗、高局域的HSP波导结构的设计。同时对该波导结构的增益阈值分析,研究其在表面等离子体纳米激光器中的应用。（2）基于HSP波导性质和石墨烯的光电特性,引入石墨烯材料,实现石墨烯-电介质界面处SPP的激发和传播。在λ=1550nm的工作波长下,对不同几何结构尺寸和费米能级时的GSP波导模式特性进行模拟数值研究,实现具有强电场局域性的波导结构设计。并通过对其增益阈值的研究,为低增益阈值表面等离子体纳米激光器的研究提供参考。
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