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1、本 科 生 毕 业 论 文文献综述与开题报告姓名与学号 * *指导教师 *年级与专业 2011 级电子科学与技术 或 2011 级信息与通信工程所在学院 信息与电子工程学系一、题目：纳米尺寸双 V 型表面等离激元波导导光特性研究 二、指导教师对文献综述和开题报告的具体内容要求：对文献综述的要求：要求详细阅读表面等离激元各种几何结构波导的文献，对之前已发表的各种结构的波导做一个归纳总结，并比较各自的传输长度和模场大小，作出文献综述。对开题报告的要求：要求学生对表面等离激元和契形波导和凹槽的相关背景知识有深入理解，对目前已发表的各种契形波导有系统的归纳，能指出存在的不足和未来发展的方向。指导教师（
2、签名） 3目 录文献综述.1一、 背景介绍.11. 当前集成技术的发展瓶颈 .12. 表面等离子体激元的性质 .13. 表面等离子体波导 .1二、 国内外研究现状 .11. 研究方向及进展 .12. 课题应用前景 .23. 存在的问题 .3三、 研究展望 .4开题报告.6一、 问题提出的背景 .61. 背景介绍 .62. 本研究的意义和目的 .6二、 论文的主要内容和技术路线 .61. 主要研究内容 .62. 技术路线 .63. 可行性分析 .8三、 研究计划进度安排及预期目标 .81. 进度安排 .82. 预期目标 .8文献翻译和原稿.10注意对齐整齐；建议字体字号统一美观（如英文、数字均用
3、Times New Roman 字体）1文献综述指导老师：*系 *班 姓名 学号一、 背景介绍1. 当前集成技术的发展瓶颈互联网和计算机的速度越来越快、功能越来越强大，但是电子线路的发热和速度严重限制了计算机的运行。用光子替代电子，光子不会像电子那样产生大量热量，并且随着频率的升高具有很高的数据传输能力。光子集成电路比传统的电子集成电路具有很多明显优势，包括信号屏蔽性、速度更快、发热更少、带宽更大、串扰更低等。然而，光子集成电路需要在纳米级尺度内控制光子，离桌面计算机和其他口常应用还相差甚远。这对纳米光子学的研究提出了新的挑战：一方面要求光学器件尺寸高度小型化，便于纳米应用和集成；另一方面要求
4、能够在纳米尺度下控制光场，实现在纳米尺度内的聚焦、变换、耦合、折射、传导和复用，以及实现高准直、超衍射的新型光源和各种纳米光子学器件。 12. 表面等离子体激元的性质表面等离子体激元有望解决这一问题。表面等离子体激元是光与金属自由电子相互作用、在金属-介质界面产生的电子-光子混合共振。表面等离子体激元有两种形式：局域表面等离子体激元（localized surface plasmons, LSPs）和表面等离子体极化激元（surface plasmon polaritons, SPPs） 。LSPs 是电子与光子耦合的非传播的激发，主要涉及很小的纳米颗粒的散射问题。SPPs 是沿金属表面传播的
5、极化波。SPPs 在垂直金属表面上形成消逝场，场振幅呈指数衰减，因此 SPPs 的电磁能量被强烈地约束在表面附近，具有强大的近场增强效应；沿金属表面由于欧姆热效应，只能传播有限距离。3. 表面等离子体波导在纳米光子学中，波导用来传导光，扮演电缆或线路的角色，是实现纳米光子回路的基础。利用表面等离子体波导作为光子互连元件，具有无 RC 延迟和衍射极限限制的优势。SPPs 波导结构的种类有沟槽、楔形、金属纳米条、纳米线、纳米颗粒，矩形间隙，狭缝等。二、 国内外研究现状21. 研究方向及进展表面等离子体是一门新兴学科，我国对于此方面的研究起步较晚。当前表面等离子体亚波长的光学研究有如下进展和热点问题
6、。1.1 SPPs 光场的探测方法研究目前 SPPs 的性质和金属表面结构之间的关系不是很清楚，而与 SPPs 相关的器件就是利用 SPPs 在金属表面的传播行为和光场分布特性制成的，因此更详细地了解 SPPs 的传播行为是非常有必要的由于 SPPs 是局域在金属表面且涉及到亚波长尺度的结构，因此传统的光学检测手段无法探测 SPPs 的传播和分布。1.2 SPPs 的带隙结构的研究近几年来光子晶体的研究成为光子学的一个热点问题。这些有关光子晶体的器件主要是由一些半导体或者绝缘材料制成的。利用这些材料制成的波长量级的结构可以用来控制光与物质的相互作用。金属材料也可以是用来制作光子带隙结构，金属表
7、面上波长量级的周期性结构可以用来改变在其上传播的 SPPs 的性质。1.3 金属微孔结构和狭缝阵列结构的研究1998 年，Ebbesen 在 Nature 上发表了亚波长金属小孔阵列结构的异常透过现象的文章13，实验结果表明：该结构的透过光强不仅远高于经典衍射理论计算结果，而且大于按照小孔所占金属表面的面积比的计算结果，这就意味着照在小孔之间的光也能通过某种方式耦合到金属膜的另一边 1.4 SPPs 在纳米光刻中的研究由于光学衍射极限的存在，传统的光学刻写方法无法刻出超衍射极限的精细结构。尽管光投影刻蚀术(optical projection lithgraphy）可以通过采用更短的波长光源来
8、达到上述目的，然而也会引发一系列相关的问题：例如，要求研发新的光源，新的光敏层材料，相关的光子学等等，这些问题都有待解决。目前，利用 SP。 。 。2. 课题应用前景2.1 SPPs 波导SPPs 波导是实现纳米光子回路的基础，在此基础上人们可以进一步研制集成于金属表面的各种 SPPs 器件，从而构筑等离子体光子芯片。在这方面，武汉大学汪国平教授领导的研究小组的研究成果较为突出，并著有相关著作。在表面等离子带隙结构中引人线缺陷即3可引导 SPPs 的传播，通过设计缺陷的形状可以实现 SPPs 的直线波导、弯曲波导以及分束波导等 22。建议类似这种引文标注、图标题、表标题与主体跨页的问题最好能够
9、避免。2.2 SPPs 耦合器等离子体光子芯片具有输出输入端口，这些端口通过 SPPs 耦合器，可以避免将远场光直接耦合到 SPPs 芯片中的纳米光电子器件上。一个优选的方案是将半球形状的金属纳米颗粒与基于纳米点的 SPPs 波导整合一起。当聚焦的 SPPs 馈送进耦合器中，传播距离可达4.0um。建议最好采用标准写法 4.0m（插入符号， Symbol 字体） 。2.3 SPPs 新型光源SPPs 引发的电磁场，不仅能够限制光波在亚波长尺寸结构中的传播，而且能够产生和操控从光频到微波波段的电磁辐射。在有源光学材料附近附着金属结构，在金属结构表面诱导产生 SPPs，使得有源光学材料周围的光子态
10、密度发生显著变化，从而改变有源光学材料的自发辐射寿命，减弱非辐射过程对于其发光过程的影响，进而提高发光效率。2.4 SPPs 纳米光刻蚀技术在目前加工制作电子电路的工艺水平下，最小的特征尺寸大约为 5Onm然而新型的光刻蚀术要求能够加工纳米尺度的集成回路应该避免标点符号的中英文混用。2.5 SPR 传感器利用表面等离子体共振（Surface Plasmon resonance, SPR）现象研制光化学传感器已引起人们的极大兴趣，正成为传感器领域的研究前沿。光纤 SPR 传感器在传感机理上主要有两类：一是利用倏逝场效应，通过腐蚀或研磨掉包层后在纤芯表面镀金属膜，或在锥形光纤表面镀金属膜；二是在纤芯内写入长周期光栅，将芯内的模式在某一特定波长转化成包层高阶模，使高阶模与等离子体实现相位
