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利用光学天线耦合光波进入波导的研究 摘 要 在集成光学中，光波的研究主要归结为光的激发、传输、路由和转化。波导 作为光波传输的重要载体，是集成光路构成的一种基本元器件。将自由空间中光 波高效耦合进入波导是很重要的。常见的耦合方式有光栅耦合、棱镜耦合和天线 耦合。为提高光波进入波导的耦合效率，本文主要研究光学天线将光波耦合进入 亚波长波导。基于时域有限差分方法模拟光波与仿真结构的相互作用，主要研究 内容如下： 1.利用“H”形光学天线耦合自由空间中的光波进入金属双纳米线波导的研 究。基于天线共振增强特性，设计“H”型纳米光学天线，将自由空间中光波耦 合进入金属波导。利用时域有限差分方法模拟得到耦合效率并优化天线结构参 数。在通信波段，“H”形天线比偶极子天线具有更高的耦合效率。 2.光波从自由空间向亚波长波导结构的耦合研究。利用纳米天线共振，自由 空间中的光波能够耦合进入波导。在天线下方添加反射层反射透过光波，提高入 射光波的利用率，从而增加耦合效率。并利用3 维时域有限差分方法模拟光波与 金属结构的相互作用，优化结构参数。结果发现添加反射层能够提高光波的耦合 效率，最大达27.8%。 3.光波从介质波导向等离子波导的耦合研究。本文通过在介质波导与等离子 波导的衔接处添加光学天线，利用天线近场增强补偿光波能量在结构突变处的损 失。利用时域有限差分，优化天线结构参数，使光路阻抗达到最佳匹配，得到光 波的最大耦合效率值为78.2%。 关键词：表面等离子体；光学天线；耦合效率；波导 中图分类号：O431.1 ；O436 II 万方数据 Coupling light wave into waveguide through optical antenna Abstract In optical integration, investigations on light control of mainly are classified as light excitation, propagation, route and transformation. A waveguide is an important carrier to guide energy in optical integration and light need to be coupled from free space into waveguide. The common coupling ways are grating coupling, prism coupling and antenna coupling. In order to improve the coupling efficiency, this thesis studies light is coupled into subwavelength waveguide by the optical antenna. The interactions between light and structures are simulated by the finite difference time domain method (FDTD), and the main research contents are as follows ： 1. Light is coupl