基于传统纵向蝴蝶结混合表面等离子体波导(BTHPW), 提出一种共水平面BTHPW集成光波导结构, 是由半导体硅肋和金属Ag肋两种波导对放在一个SiO2基底面上构成, 采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟, 分析该波导传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何尺寸的变化规律。结果表明, 该波导模式具有传播损耗较小同时又较强光限制能力的特点, 最长传播距离可达108μm, 最小有效模面积可达λ2/3000左右。该波导结构制作工艺简单, 并可应用于高灵敏度折射率传感器和微纳米光子集成器件等领域。

提出了一种新型表面等离激元波导系统, 并对其模式特性和对纳米微粒产生的光学力进行了研究。采用有限元软件(COMSOL)对该系统进行了数值模拟和理论分析, 发现在该结构纳米级的间隙中可以形成深亚波长电磁能量的束缚。由于双波导结构之间强烈的耦合作用, 相比于已有的一些表面等离激元波导, 光学力至少提高了一个数量级, 达到了4200fN/W以上, 同时被捕获粒子的局域范围仅有几十纳米。该波导系统可以用于强力、高精度纳米级光镊的设计和研究。

设计了一种高折射率基底的椭圆表面等离子体波导,基于有限元法对此波导支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度、 有效面积与几何参数、结构之间的关系进行了分析。能流密度分布表明能量主要集中分布在两个金属椭圆柱之间的中心区域,在金属与锗基底、基底与基底之间 也存在能量。通过调节两个椭圆的中心距离及其两个半轴的大小,可以实现此波导模式传输特性的分析。工作波长确定时有效折射率随中心距的增大而减小, 而传播长度增大。

出射激光脉冲能量变化对激光雷达的测量数据有很大影响,需对其进行实时、准确测量。 针对激光雷达出射激光脉宽窄、不易实现高频电路采集的问题,设计了一个基于峰值采样保持电路的 脉冲能量监测系统。对脉宽为10 ns、重复频率分别为20、60、100 Hz的模拟脉冲进行了实时监测,结果 表明该系统能很好地检测激光出射能量,没有脉冲遗漏现象。在激光雷达观测实验中,该监测系统输出的 电压值与实测激光脉冲能量有较好的线性关系,为激光雷达数据反演提供了修正依据。

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形“不平坦”InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性, 重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明, 本文提出的“不平坦”基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度, 有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上, 具有非常强的模场约束性, 适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.

提出了一种双层半圆介质加载表面等离子激元波导新结构，并利用有限元方法对该新型波导结构在工作波长1550 nm下的传输特性进行了数值仿真和优化分析，得到了波导传播特性的主要参数。结果表明：在波导总面积保持不变的情形下，当双层半圆介质的折射率分别取为n1=1.4和n2=1.473时，波导的传播特性最佳；在此折射率参数基础上，波导的内外介质半径比r1/r2为0.5时，波导的传播长度最大、衰减系数最小并且模式面积和品质因数的取值都非常理想，可以获得最优的波导传输效果。

首先建立了一种由相同宽度的金属带，SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型，分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响，提出了模场面积为0.08 μm2与430 μm传输距离的设计方案。在此基础上，通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构。数值分析结果表明：硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8，同时传输长度能够延长到1.74 mm。并且模场面积可以进一步压缩到0.025 μm2。此外，硅基板CGS波导制作更加简便，并可采用现有COMS制作技术完成，进而具有较大的实用前景。

作为亚波长的表面等离子体光波导,在传导电磁场模式的过程中,模式间的串扰是影响模式传输距离及其它物理特性的一个重要因素,因此本文首先系统地研究了两个平行放置的由介质-金属-介质纳米线阵列构成的混合表面等离子体光波导的模式耦合和串扰特性;其次作为对比,把波导结构变为金属-介质-金属纳米线阵列,同样平行放置两个来研究其模式耦合与串扰特性．研究结果表明,这两种混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的耦合长度远大于其有效传输距离。因此在进行高密度集成时,模式间发生串扰的概率将会非常小。基于这种特性,这两种结构的混合表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。

提出了一种在矩形金属沟槽中插入两块相同的矩形硅核的新型杂化波导结构，基于有限元方法，在波长为1550 nm 时,系统地研究了两块介质核间的距离、介质核的高度、宽度以及介质核与金属间的距离对有效模面积和传播距离的影响。计算结果表明，通过左右狭缝或者中间狭缝的场增强效应，能得到低损耗超小模面积的杂化模，当介质核与金属间的距离比较大时，相对于中间无狭缝的情况，当缝隙为5 nm 时，该结构的有效模面积急剧减小，约减到原来的七分之一，而传播距离略有增长，在50 个波长左右，而且中间缝隙越窄(不等于0 nm)，模面积越小,传播距离越大，介质核越高，传播距离越远而模面积几乎不变。当介质核与金属间的距离比较小时，中间缝隙越小，介质核的宽度越小，模面积越小。

本文研究了一种由三根并排放置的椭圆形金属-介质-金属纳米线构成的混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的控制特性, 中间是高折射率的介质纳米线, 左右是两根对称放置的金属纳米线。研究结果表明, 基模电磁场增强效应主要分布在三根纳米线形成的两个间隙区域, 且对整个结构的几何参数有一定依赖性。因此, 通过改变纳米线的几何尺寸、两根纳米线之间的间距以及介质的电磁参数, 可以调整和控制这种波导所支持的基模的有效折射率、模式传输距离、归一化的模式面积和模式束缚因子等物理特性。基于这些有效的模式操控特性, 这种混合型的表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。