表面等离子体激元定向耦合器的传输特性研究

"该文利用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)对一种特殊设计的表面等离子体激元(SPP)定向耦合器进行数值模拟研究，主要探讨了这种耦合器在基模传输时的模式场分布、能流密度分布以及耦合长度、最大转移功率与间隔金属条高度的关系。通过分析发现，间隔金属条附近的能流密度增强有助于提高耦合效率，而减小间隔金属条的高度可缩短耦合器的长度，这对亚波长尺度的集成光学应用具有重要意义。" 本文深入研究了表面等离子体激元(SPPs)在光学领域的应用，特别是在集成光学中的潜力。表面等离子体激元是一种在金属-绝缘体界面处产生的电磁振荡现象，由于其独特的局域性和亚波长特性，能够在纳米尺度上操控光，因此在光电子学和微纳光学器件中具有广泛的应用前景。 作者采用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)，这是一种强大的数值模拟工具，用于解决电磁场在时间和空间上的演化问题。在SPP定向耦合器的场景下，FDTD方法能够精确地模拟波导结构中的电磁场分布，从而揭示耦合器的工作机制。 文中重点分析了波导内能流密度的分布特征，尤其是在间隔金属条附近的分布情况。研究表明，能流密度在靠近间隔金属条的部分显著增强，这有利于增加波导间的耦合效率。这一发现对于优化耦合器设计，提升其性能具有指导意义。 此外，作者还探讨了间隔金属条高度变化对耦合长度和最大转移功率的影响。降低间隔金属条的高度，可以有效地减小耦合器的物理尺寸，这对于实现更紧凑、高效的集成光路至关重要。这样的亚波长定向耦合器结构有望应用于各种基于SPP的光子集成芯片中，包括光开关、光调制器和光传感器等。 该研究不仅深化了我们对SPP定向耦合器工作原理的理解，还为设计和优化此类器件提供了理论依据。通过精确的数值模拟和深入的分析，文章展示了如何通过调整结构参数来优化SPP耦合器的性能，从而推动了表面等离子体激元技术在集成光学领域的实际应用。这项工作对促进微型化、高性能的光电子设备的发展具有积极的推动作用。