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杂化表面等离激元波导汇报人：2024-01-14REPORTING2023WORKSUMMARY

目录CATALOGUE引言杂化表面等离激元波导基本理论杂化表面等离激元波导设计与制备杂化表面等离激元波导传输特性研究杂化表面等离激元波导器件应用探索总结与展望

PART01引言

表面等离激元光子学表面等离激元是光子与金属表面自由电子相互作用形成的电磁模式，具有突破衍射极限的亚波长局域和场增强特性，在微纳光子器件、超分辨成像、生物传感等领域具有广泛应用前景。杂化表面等离激元波导的重要性杂化表面等离激元波导结合了传统介质波导和表面等离激元的优势，能够实现低损耗、长距离传输和高效光场调控，对于发展高性能、集成化的光子芯片具有重要意义。研究背景与意义

国外研究现状01近年来，国外在杂化表面等离激元波导的理论设计、实验制备和器件应用等方面取得了重要进展，如实现了低损耗、宽带宽的波导传输，以及基于杂化波导的高效光子器件等。国内研究现状02国内在杂化表面等离激元波导的研究方面起步较晚，但近年来发展迅速，已在理论设计、实验制备和器件应用等方面取得了一系列重要成果。发展趋势03未来，杂化表面等离激元波导的研究将更加注重高性能、集成化和多功能化的发展方向，探索其在光通信、光计算、光传感等领域的潜在应用。国内外研究现状及发展趋势

研究目的本论文旨在研究杂化表面等离激元波导的传输特性及器件应用，探索其在微纳光子器件领域的潜在价值。研究内容首先，论文将介绍杂化表面等离激元波导的基本原理和理论模型；其次，通过实验制备和测试分析，研究杂化波导的传输特性及影响因素；最后，探索基于杂化波导的光子器件设计及应用。论文研究目的和内容

PART02杂化表面等离激元波导基本理论

表面等离激元是金属表面自由电子与光子相互作用形成的电磁模式，具有亚波长限制和场增强效应。表面等离激元定义表面等离激元具有独特的色散关系、传播长度和局域场增强等性质，使其在纳米光子学领域具有广泛应用。表面等离激元性质表面等离激元概述

杂化表面等离激元波导是一种将传统介质波导与表面等离激元波导相结合的新型波导结构，兼具两者的优势。杂化表面等离激元波导定义杂化表面等离激元波导通过合理设计结构参数，实现光场在介质波导和表面等离激元波导之间的有效耦合和传输。这种波导结构能够支持更长的传播距离和更低的传输损耗。杂化表面等离激元波导工作原理杂化表面等离激元波导原理

VS针对杂化表面等离激元波导的数值计算，常采用有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等方法进行求解。这些方法能够精确模拟光场在波导中的传输行为，为波导设计提供理论支持。仿真技术利用专业的仿真软件（如COMSOLMultiphysics、LumericalFDTDSolutions等），可以对杂化表面等离激元波导进行建模和仿真分析。通过仿真，可以优化波导结构参数，提高波导性能，并为实验制备提供指导。数值计算方法数值计算方法与仿真技术

PART03杂化表面等离激元波导设计与制备

基于电磁场理论和数值模拟方法，设计具有优异传输性能的杂化表面等离激元波导结构。采用遗传算法、粒子群优化等智能优化算法，对波导结构参数进行全局寻优，提高波导性能。结构设计思路及优化方法优化方法结构设计

材料选择与制备工艺材料选择选用具有高折射率、低吸收损耗的材料，如硅、二氧化硅等，作为波导芯层；选用低折射率、高透过率的材料，如空气、氟化物等，作为波导包层。制备工艺采用微纳加工技术，如电子束蒸发、磁控溅射、离子束刻蚀等，实现波导结构的精确制备。

搭建光路测试系统，对制备的杂化表面等离激元波导进行传输性能、损耗、色散等关键性能指标的测试。利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等表征手段，对波导表面形貌、粗糙度等进行表征；利用椭偏仪、光谱仪等设备，对波导光学性能进行表征。性能测试表征手段性能测试与表征手段

PART04杂化表面等离激元波导传输特性研究

详细阐述杂化表面等离激元波导中传输损耗的主要机制，包括辐射损耗、吸收损耗和散射损耗等。传输损耗机制分析影响传输损耗的关键因素，如波导结构、材料特性、工作波长等。损耗影响因素探讨降低传输损耗的优化策略，如改进波导设计、采用低损耗材料等。损耗优化策略传输损耗分析

色散现象描述阐述杂化表面等离激元波导中色散现象的表现和特征，如群速度色散和相位色散等。色散影响因素分析影响色散特性的主要因素，如波导结构参数、材料折射率等。色散控制方法探讨控制色散的方法和技术，如通过改变波导结构或采用特殊材料等。色散特性研究030201

非线性效应探讨非线性效应类型介绍杂化表面等离激元波导中可能出现的非线性效应类型，如自相位调制、交叉相位调制和四波混频等。非线性效应产生条件分析非线性效应产生的条件，如输入光功率、波导长度和非线