与通信工程
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 09级电子科学与技术 或09级信息 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（签名） 年 月 日
目 录
文献综述 ............................................................................................................................................ 1 一、
背景介绍 .............................................................................................................................. 1
1. 当前集成技术的发展瓶颈 ................................................................................................. 1 2. 表面等离子体激元的性质 ................................................................................................ 1 3. 表面等离子体波导 ............................................................................................................ 1
二、
1. 2. 3. 三、
国内外研究现状 .................................................................. 1 研究方向及进展 ................................................................ 1 课题应用前景 .................................................................. 2 存在的问题 .................................................................... 3 研究展望 ...................................................................... 4
开题报告 ............................................................................................................................................ 6
一、 1. 2. 二、 1. 2. 3. 三、 1. 2.
问题提出的背景 ................................................................ 6 背景介绍 ...................................................................... 6 本研究的意义和目的 ............................................................ 6 论文的主要内容和技术路线 ...................................................... 6 主要研究内容 .................................................................. 6 技术路线 ...................................................................... 6 可行性分析 .................................................................... 8 研究计划进度安排及预期目标 .................................................... 8 进度安排 ...................................................................... 8 预期目标 ...................................................................... 8
文献翻译和原稿 .............................................................................................................................. 10
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。[1]
2. 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
1. 研究方向及进展
1
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。
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
2