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表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPP)是一种沿金属-介质界面传播的电磁波,可以突破传统光波的衍射极限,具有较强的局域场增强效应以及异常色散。而基于SPP的共振腔具有SPP与共振腔的双重性质,共振腔将SPP模式传输的光波束缚在尺寸很小的腔内,然后利用多种反馈机制使其在腔中反复传输。透射谱则是表征结构中SPP能量传输的最简单明了的方式之一。 本论文在SPP产生机理和传输特性的基础上,分别介绍了金属—介质—金属(Metal-Insulator-Metal MIM)波导和环形共振腔中SPP的传输理论和透射特性,调研了大量由基于SPP的MIM波导和盘形腔、环形腔或方形腔结合而成的滤波器、波分复用器、开关和分束器,采用分析与综合、归纳与演绎的手法,借鉴前人的研究结果,将理论研究和数值仿真相结合,研究分析了基于SPP的环形腔、盘形腔和方形腔的透射特性。研究发现:基于此类共振腔的结构中传输的SPP模式简单清晰,多可用作带通或带阻的滤波器、分束器和波分复用器,并且可通过改变结构尺寸大小、波导与谐振腔相对位置、引入谐振腔构成多通道、变化结构中介质折射率以及引入缺陷打破原有共振模式等方法对这些结构进行演绎而得到新的器件性能。 我们在此基础上设计了一种基于SPP环形腔的新型结构。我们采用基于时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)的East-FDTD软件对该结构进行仿真,通过分析其透射谱发现:两个输出端的透射率在1310nm至1550nm之间此消彼长,能体现很好的分束性能。此外,我们不断改变环形腔半径R、环形腔与半环之间的距离w和介质层的介质折射率n进行仿真计算和分析,所得结果表明:共振波长随环形腔半径R和介质折射率的增加而红移,可以通过调整R和n而实现通信波段内任何波长的任意分束比;上通道波导左端的截断长度L则直接影响SPP在该结构中的传输,当其取值为环形共振腔周长的一半时分束器效果最好,能使两个输出端口的分光比超过200;至于环形腔与半环之间的距离w,在大于SPP在金属中的穿透深度的前提下,几乎不影响该结构中SPP的传输。这些结构参数对SPP传输性能的影响表明:我们可以通过调整结构中共振腔尺寸、相对位置和介质折射率等参数来实现分光比和共振波长均可调谐的高分辨率分束器,进行通信波段的光波分束和功率分束。 总之,论文的研究工作以表面等离激元理论为基础,以讨论研究SPP共振腔的透射特性为目的,对基于SPP共振腔的结构功能进行了探索,设计出一种结构新颖、在通信波段的共振波长和分束比均可调谐的高分辨率分束器,为纳米光子学器件的研究提供了参考。