[22]
。
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。
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．
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匹配。
3. 存在的问题
表面等离子体光子学提供了难得的新机遇。基于此学科的发展而有望研发出SPPs芯片，用作超低损耗的光子互连元件。利用SPPs元件或回路，可实现超密的光子功能器件中导波，深亚波长尺度的纳米光刻蚀术，应用超透镜实现突破衍射极限的高分辨光学成像，研发出优良性能的新型光源等等。为了实现这些目标，需要在这个崭新的学科领域中，开展更广泛深入的研究。在未来的岁月里，将要面对着各种挑战，例如：
（1）制作出传播损耗可以与传统的波导相比拟的光频段亚波长尺寸的金属线回路； （2）研发高效率的SPPs有机和无机材料的LEDs，具有辐射可调性；
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（3）通过对SPP、施加电光、全光和压电调制，以及利用增益机制，实现自主控制； （4）制作二维SPPs光学原型元件，例如，纳米透镜、纳米光栅、纳米耦合器、纳米调制元件等，将光纤输出信号直接耦合到SPPs回路中去； （5）研发深亚波长的SPPs纳米光刻蚀术； （6）深入地探究SPPs中新效应的物理机制。
三、 研究展望
SPPs在纳米光子学应用领域中显示出的巨大价值己为各领域人士所共识，未来SPPs的研究将向多维化、实用化的方向发展。但SPPs的研究在我国起步较晚，如何降低SPPs纳米波导传输损耗及如何利用SPPS设计制备各种新型、简便、高效的功能纳米光学结构与器件，正是未来需要钻研的课题。只有两者的不断进步和发展，SPPs纳米光子器件才能具有真正的实用价值，从而为实现纳米全光集成这一美好前景打下坚实的基础。
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5
开题报告
一、 问题提出的背景
1. 背景介绍
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. 本研究的意义和目的
半导体器件的性能、速度以及易用依赖于它们在外部器件上的小型化与集成化。然而，当代电子设备的信息集成处理和传感正在迅速达到理论上的速度和带宽的限制，这是一个日益严重的问题，阻碍了现代科技中许多领域的进一步发展。最有前途的一种解决方案是用光信号取代作为信息载体的电信号。
本课题主要通过软件仿真实验得到复合楔形波导的各种物理参数，如传播长度（propagation length）、等效折射率（refractive index）、光场大小（mode confinement）。最后通过优化，改变复合波导的结构，为之后进一步的研究奠定基础。
二、 论文的主要内容和技术路线
1. 主要研究内容
本课题将探索表面等离子体光子的特性，将研究利用SPP特性设计不同结构的纳米波导。本项目将结合电磁理论与光学理论，研究不同结构波导的导光特性和物理特性，利用SPP独有的性质设计高效能的波导并进行仿真分析和优化，为该领域的应用积累理论依据。
2. 技术路线
本课题拟采用COMSOL作为仿真软件，计划对SPP复合楔形波导进行一系列的仿真与优化设计。首先根据之前查阅的相关文献资料，对前人设计的波导结构进行仿真验证。如下各图：
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图一 IMI结构[4]
图二 复合WPP波导[5]
验证后，我们提出一种新型的复合楔形波导结构，如下图：
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