基于COMSOL的多缝—凹槽结构光二极管研究

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光二极管是集成光子回路上最基本的光子器件。因此若是能开发出一种可调制的光二极管,则必然对未来制备复杂的光子回路具有重大意义。本文主要是利用仿真软件COMSOL Multiphysics调制亚波长金属银结构来动态调制表面等离子激元,从而能增强或者抑制光的透射特性,进而能得到单向透射性最好的结构。表面等离子激元是一种沿着金属表面传播的电磁波。在微纳数量级的条件下,SPPs表现出许多独特的光学性质。利用SPPs这些性质,在微纳光学领域具有很高的研究和应用价值,其中受到较多关注的光异常透射增强(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象,突破了传统光学所无法突破的衍射极限。本文是对EOT现象进行深入分析探讨,在分析EOT现象的基础上通过对结构几何参数的调节来调制SPPs,实现在尽量宽的波长范围内的最大消光比,也就是单向透射性最好的结构。本文主要工作如下:(1)利用基于有限元算法的数值模拟软件COMSOL Multiphysics,对单狭缝结构这一最简单的亚波长结构进行分析,得出了对单缝结构的优化模型。(2)在单缝结构的基础上,在模型上加入凹槽结构,使模型结构非对称,从而实现单向透射性。对单缝和单槽的距离调整优化,得到了简单的优化模型。(3)研究了周期性狭缝加凹槽亚波长结构对异常透射的影响机制,发现若是改变凹槽形状对消光比的峰值并没有显著的影响。但是得到最大消光比的波长值发生变化,这对未来把结构应用到微波波段具有参考价值。(4)研究了多缝-多槽结构的消光比,在本文所得到的结构中,最大消光比已经达到50dB以上,即正方向上透射率是反方向上透射率的10万倍。这对未来光二极管的开发研究具有一定的参考价值。
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