牛牧之 王睿

摘要：本文利用时域有限差分法FDTD，具体针对纳米光学波导对光的调控作用开展研究，探索光在多种材料与结构下的透射效率。通过仿真分析，我们首先对比了SiO2、TiO2、Si和Ag四种材料薄膜结构光学性质，发现随着薄膜厚度的增加，薄膜干涉周期愈加密集。随后，我们利用多层周期性结构制作光子晶体，基于光的透射、反射和光子晶体内部的电场分布情况进行分析，发现[SiO2/TiO2]n光子晶体多层结构的损耗较小，在λ/4的周期光程长度下表显出明显的滤波现象，且随着周期数的增大滤波现象愈加明显。之后，我们在光子晶体的基础上用不同材料搭建出光栅形成谐振腔，对比了SiO2、TiO2、Si和Ag四种材料所组成的光栅在不同材料厚度与间隔比例下的透射率谱，发现其中SiO2透射率较高，而TiO2有着较为显著的滤波性质，且在厚度与间隔比例为2：1时可以产生明显的谐振现象来增强光的传输效率。以上研究结果表明，利用纳米光学原理，在光子晶体、光栅等结构的基础上有望获得具有传播效率高、可控性强的光子器件的设计思路，具有研究潜力和应用价值。

关键词：纳米光学波导、光子晶体、纳米光栅、时域有限差分法

1研究背景

随着科技的发展，人们对于数据传输的速度和效率都有了更高的要求，光传输也因其独特的优势获得了越来越广泛的应用，而如何使光信号像电信号一样以需要的方式传输是取得成功的关键。然而，不同于电子器件依赖对电流的控制，光的传播往往利用光的反射、干涉、谐振等多维度性质来表示它的状态，且拥有着能耗低、速度快、维度多的优势。……