基于表面等离子体的光开关及温度传感器设计

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当今社会,随着信息化程度的不断加深,人们对高速率、高带宽、微型化以及低能耗的通讯设备需求越来越强烈,如何设计并制造微型化、高速率,高带宽的通讯器件成为了国内外科研人员研究的热点。随着微电子技术的不断进步与发展,单个晶体管的尺寸已经达到了纳米的量级,但在这么小的尺寸上,电子会受到热效应以及量子效应的影响,阻碍了微纳电子器件的进一步发展。和电子相比,光子具有不存在明显热效而且光子器件具有电子器件无法比拟的高速度、高带宽以及低损耗等优点,成为研究人员关注的重点。但是传统光波也存在衍射极限的限制以及很难像电子器件那样实现微型化和高度集成化等缺点,近些年来,研究人员发现表面等离子体光波(SPPs)具有强局域、长程传输,以及克服衍射极限等优良特性被认为是实现亚波长光子集成的可行技术,受到科研人员的关注,成为一个新的研究热点。  表面等离子体波(SPPs)是被束缚在金属表面并沿着金属与介质分界面传播的电磁波。由于它能够突破光的衍射极限,因此许多基于表面等离子体波的微纳器件被设计出来。本文提出了一个基于SPPs的多功能微纳圆盘装置,通过向圆盘里分别填充液晶以及乙醇来实现光开关以及温度传感器的功能。我们使用FDTD(Finite-Difference-Time-Domain-Method)算法并结合完全匹配层边界条件对所设计器件进行仿真模拟。结果表明,通过改变圆盘半径以及圆盘与波导之间狭缝的宽度可以改变光开关的传输特性。在通信波长1550nm处,光开关的透过率和调节深度分别达到了64.82%和17.70dB。作为一个温度传感器,它的品质因数达到了30.46。无论是光开关,还是温度传感器,我们所设计的器件的性能都比已提出的设计有很大提高。
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