摘要:技术的发展使得元器件微型化和集成化成为必然。由于衍射极限的存在，传统的光学元件的大小已经不能满足器件集成化的要求。基于金属-介质-金属（metal-insulator-metal, MIM）结构的表面等离子体器件能够在亚波长的尺度下实现光的传输，并且能够突破衍射极限的束缚。

本文利用有限元法（finite element method, FEM）对所设计的微纳光学结构进行仿真模拟。首先，对基于MIM结构的双环谐振腔波导进行了研究。随后，我们在双环谐振腔波导结构中引入了缺陷，模拟了表面等离子体在这种结构中的传播特性，发现了只有当缺陷比较大，并且缺陷处于某些特定的位置时，才会对本征模式的分裂产生明显的影响。波导介质的折射率的增大会使各种不同的模式向长波方向移动，但并不会影响本征模式的分裂。因此本文的研究结果可以应用到带通滤波器的设计当中。

关键词 表面等离子体激元；MIM结构；有限元法；双环谐振腔；本征模式

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1研究背景-1

1.2表面等离子体激元简介-1

1.4 金属色散模型-3

1.5 基于表面等离子体的MIM波导结构-4

1.6论文主要内容-5

2 数值模拟方法-6

2.1 引言-6

2.2 数值方法的理论介绍-6

2.3 有限元法在光波导中的应用-6

3 基于MIM波导结构的滤波特性-8

3.1引言-8

3.2 完整单环的滤波特性-8

3.3 完整双环的滤波特性-10

3.4 凹槽双环的模态分析-13

3.4.1 凹槽长度对传输特性的影响-13

3.4.2 凹槽角度对传输特性的影响-15

3.4.3 介质折射率对传输特性的影响-16

3.5 凸起双环的模态分析-17

3.5.1 凸起长度对传输特性的影响-18

3.5.2 凸起角度对传输特性的影响-19

3.5.3 介质折射率对传输特性的影响-20

3.6 缺口双环的模态分析-21

3.6.1 缺口角度对传输特性的影响-22

3.6.2 缺口宽度对传输特性的影响-23

3.6.3 介质折射率对传输特性的影响-24

3.7 双缺口双环的模态分析-25

3.7.1双缺口角度对传输特性的影响-25

3.7.2双缺口宽度对传输特性的影响-26

3.7.3 介质折射率对传输特性的影响-28

3.8 本章小结-29

结论-30

致谢-31

参考文献-32