“文獻綜述、外文翻譯和開題報告”三合一文件模版

本科生畢業(yè)論文

文獻綜述與開題報告

姓名與學號*************

指導老師************

班級與專業(yè)2024級電子科學與技術或2024級信息與通信工程

所在學院信息與電子工程學系

一、題目：納米尺寸雙V型表面等離激元波導導光特性討論

二、指導老師對文獻綜述和開題報告的詳細內(nèi)容要求：

對文獻綜述的要求：

要求具體閱讀表面等離激元各種幾何結構波導的文獻，對之前已發(fā)表的各種結構的波導做一個歸納總結，并比較各自的傳輸長度和模場大小，作出文獻綜述。

對開題報告的要求：

要求同學對表面等離激元和契形波導和凹槽的相關背景學問有深化理解，對目前已發(fā)表的各種契形波導有系統(tǒng)的歸納，能指出存在的不足和將來進展的方向。

指導老師（簽名）

名目

文獻綜述(1)

一、背景介紹(1)

1.當前集成技術的進展瓶頸(1)

2.表面等離子體激元的性質(1)

3.表面等離子體波導(1)

二、國內(nèi)外討論現(xiàn)狀(1)

1.討論方向及進展(1)

2.課題應用前景(2)

3.存在的問題(3)

三、討論展望(4)

開題報告(6)

一、問題提出的背景(6)

1.背景介紹(6)

2.本討論的意義和目的(6)

二、論文的主要內(nèi)容和技術路線(6)

1.主要討論內(nèi)容(6)

2.技術路線(6)

3.可行性分析(8)

三、討論方案進度支配及預期目標(8)

1.進度支配(8)

2.預期目標(8)

文獻翻譯和原稿(10)

文獻綜述

指導老師：***

***系***班姓名學號

一、背景介紹

1.當前集成技術的進展瓶頸

互聯(lián)網(wǎng)和計算機的速度越來越快、功能越來越強大，但是電子線路的發(fā)熱和速度嚴峻限制了計算機的運行。用光子替代電子，光子不會像電子那樣產(chǎn)生大量熱量，并且隨著頻率的上升具有很高的數(shù)據(jù)傳輸力量。光子集成電路比傳統(tǒng)的電子集成電路具有許多明顯優(yōu)勢，包括信號屏蔽性、速度更快、發(fā)熱更少、帶寬更大、串擾更低等。然而，光子集成電路需要在納米級尺度內(nèi)掌握光子，離桌面計算機和其他口常應用還相差甚遠。這對納米光子學的討論提出了新的挑戰(zhàn)：一方面要求光學器件尺寸高度小型化，便于納米應用和集成；另一方面要求能夠在納米尺度下掌握光場，實現(xiàn)在納米尺度內(nèi)的聚焦、變換、耦合、折射、傳導和復用，以及實現(xiàn)高準直、超衍射的新型光源和各種納米光子學器件。

2.表面等離子體激元的性質

表面等離子體激元有望解決這一問題。表面等離子體激元是光與金屬自由電子相互作用、在金屬-介質界面產(chǎn)生的電子-光子混合共振。表面等離子體激元有兩種形式：局域表面等離子體激元（localizedsurfaceplasmons,LSPs）和表面等離子體極化激元（surfaceplasmonpolaritons,SPPs）。LSPs是電子與光子耦合的非傳播的激發(fā)，主要涉及很小的納米顆粒的散射問題。SPPs是沿金屬表面?zhèn)鞑サ臉O化波。SPPs在垂直金屬表面上形成消逝場，場振幅呈指數(shù)衰減，因此SPPs的電磁能量被劇烈地約束在表面四周，具有強大的近場增加效應；沿金屬表面由于歐姆熱效應，只能傳播有限距離。

3.表面等離子體波導

在納米光子學中，波導用來傳導光，扮演電纜或線路的角色，是實現(xiàn)納米光子回路的基礎。利用表面等離子體波導作為光子互連元件，具有無RC延遲和衍射極限限制的優(yōu)勢。SPPs波導結構的種類有溝槽、楔形、金屬納米條、納米線、納米顆粒，矩形間隙，狹縫等。

二、國內(nèi)外討論現(xiàn)狀

1.討論方向及進展

表面等離子體是一門新興學科，我國對于此方面的討論起步較晚。當前表面等離子體亞波長的光學討論有如下進展和熱點問題。

1.1SPPs光場的探測方法討論

目前SPPs的性質和金屬表面結構之間的關系不是很清晰，而與SPPs相關的器件就是利用SPPs在金屬表面的傳播行為和光場分布特性制成的，因此更具體地了解SPPs的傳播行為是特別有必要的．由于SPPs是局域在金屬表面．且涉及到亞波長尺度的結構，因此傳統(tǒng)的光學檢測手段無法探測SPPs的傳播和分布。

1.2SPPs的帶隙結構的討論

近幾年來光子晶體的討論成為光子學的一個熱點問題。這些有關光子晶體的器件主要是由一些半導體或者絕緣材料制成的。利用這些材料制成的波長量級的結構可以用來掌握光與物質的相互作用。金屬材料也可以是用來制作光子帶隙結構，金屬表面上波長量級的周期性結構可以用來轉變在其上傳播的SPPs的性質。

1.3金屬微孔結構和狹縫陣列結構的討論

1998年，Ebbesen在Nature上發(fā)表了亞波長金屬小孔陣列結構的特別透過現(xiàn)象的文章，試驗結果表明：該結構的透過光強不僅遠高于經(jīng)典衍射理論計算結果，而且大于根據(jù)小孔所占金屬表面的面積比的計算結果，這就意味著照在小孔之間的光也能通過某種方式耦合到金屬膜的另一邊．

1.4SPPs在納米光刻中的討論

由于光學衍射極限的存在，傳統(tǒng)的光學刻寫方法無法刻出超衍射極限的精細結構。盡管光投影刻蝕術(opticalprojectionlithgraphy）可以通過采納更短的波長光源來達到上述目的，然而也會引發(fā)一系列相關的問題：例如，要求研發(fā)新的光源，新的光敏層材料，相關的光子學等等，這些問題都有待解決。目前，利用SP。。。

2.課題應用前景

2.1SPPs波導

SPPs波導是實現(xiàn)納米光子回路的基礎，在此基礎上人們可以進一步研制集成于金屬表面的各種SPPs器件，從而構筑等離子體光子芯片。在這方面，武漢高校汪國平教授領導的討論小組的討論成果較為突出，并著有相關著作。在表面等離子帶隙結構中引人線缺陷即可引導SPPs的傳播，通過設計缺陷的外形可以實現(xiàn)SPPs的直線波導、彎曲波導以及分束波導等

2.2SPPs耦合器

等離子體光子芯片具有輸出輸入端口，這些端口通過SPPs耦合器，可以避開將遠場光直接耦合到SPPs芯片中的納米光電子器件上。一個優(yōu)選的方案是將半球外形的金屬納米顆粒與基于納米點的SPPs波導整合一起。當聚焦的SPPs饋送進耦合器中，傳播距離可達

4.0um

2.3SPPs新型光源

SPPs引發(fā)的電磁場，不僅能夠限制光波在亞波長尺寸結構中的傳播，而且能夠產(chǎn)生和操控從光頻到微波波段的電磁輻射。在有源光學材料四周附著金屬結構，在金屬結構表面誘導產(chǎn)生SPPs，使得有源光學材料四周的光子態(tài)密度發(fā)生顯著變化，從而轉變有源光學材料的自發(fā)輻射壽命，減弱非輻射過程對于其發(fā)光過程的影響，進而提高發(fā)光效率。

2.4SPPs納米光刻蝕技術

在目前加工制作電子電路的工藝水平下，最小的特征尺寸大約為5Onm．然而新型的光刻蝕術要求能夠加工納米尺度的集成回路．應當避開標點符號的中英文混用。

2.5SPR傳感器

利用表面等離子體共振（SurfacePlasmonresonance,SPR）現(xiàn)象研制光化學傳感器已引起人們的極大愛好，正成為傳感器領域的討論前沿。光纖SPR傳感器在傳感機理上主要有兩類：一是利用倏逝場效應，通過腐蝕或研磨掉包層后在纖芯表面鍍金屬膜，或在錐形光纖表面鍍金屬膜；二是在纖芯內(nèi)寫入長周期光柵，將芯內(nèi)的模式在某一特定波長轉化成包層高階模，使高階模與等離子體實現(xiàn)相位匹配。

3.存在的問題

表面等離子體光子學供應了難得的新機遇?；诖藢W科的進展而有望研發(fā)出SPPs芯片，用作超低損耗的光子互連元件。利用SPPs元件或回路，可實現(xiàn)超密的光子功能器件中導波，深亞波長尺度的納米光刻蝕術，應用超透鏡實現(xiàn)突破衍射極限的高辨別光學成像，研發(fā)出優(yōu)良性能的新型光源等等。為了實現(xiàn)這些目標，需要在這個嶄新的學科領域中，開展更廣泛深化的討論。在將來的歲月里，將要面對著各種挑戰(zhàn)，例如：

（1）制作出傳播損耗可以與傳統(tǒng)的波導相比擬的光頻段亞波長尺寸的金屬線回路；

（2）研發(fā)高效率的SPPs有機和無機材料的LEDs，具有輻射可調性；

（3）通過對SPP、施加電光、全光和壓電調制，以及利用增益機制，實現(xiàn)自主掌握；

（4）制作二維SPPs光學原型元件，例如，納米透鏡、納米光柵、納米耦合器、納米調制元件等，將光纖輸出信號直接耦合到SPPs回路中去；

（5）研發(fā)深亞波長的SPPs納米光刻蝕術；

（6）深化地探究SPPs中新效應的物理機制。

三、討論展望

SPPs在納米光子學應用領域中顯示出的巨大價值己為各領域人士所共識，將來SPPs的討論將向多維化、有用化的方向進展。但SPPs的討論在我國起步較晚，如何降低SPPs納米波導傳輸損耗及如何利用SPPS設計制備各種新型、簡便、高效的功能納米光學結構與器件，正是將來需要鉆研的課題。只有兩者的不斷進步和進展，SPPs納米光子器件才能具有真正的有用價值，從而為實現(xiàn)納米全光集成這一美妙前景打下堅實的基礎。

陳艷坤，韓偉華，李小明.突破衍射極限的表面等離子激元.光電技術應用，2024,26(4).

王慶艷，王佳，張書練．基于金屬表面等離子激元掌握光束的新進展．光學技術，2024,35(2):163-174.

GramotnevD.K,PileD.F.P.Single-modesubwavelengthwaveguidewithchannelplasmon-polaritonsin

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MaierSA,KikPG,AtwaterHA,etal,Localdetectionofelectromagneticenergytransportbelowthe

diffractionlimitinmetalnanoparticleplasmonwaveguides.NatureMaterials,2024,2(4):229-232.ZhangX,oultonRF,SorgerVJ,etal,Ahybridplasmonicwaveguideforsubwavelengthconfinementand

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1399

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KikPG,MaierSA,AtwaterHA.Phys.Rev.B,2024,69:045418

劉瓊.周期性結構的表面等離子體共振性能討論.長沙：中南高校，2024

張斗國,王沛.表面等離子體亞波長光學前沿進展.物理，No.7，2024.

李娜,倪曉昌,王彬.表面等離子體激元討論進展.天津工程師范學院學報.vol20，No.4，2024.

開題報告

一、問題提出的背景

1.背景介紹

互聯(lián)網(wǎng)和計算機的速度越來越快、功能越來越強大，但是電子線路的發(fā)熱和速度嚴峻限制了計算機的運行。用光子替代電子，光子不會像電子那樣產(chǎn)生大量熱量，并且隨著頻率的上升具有很高的數(shù)據(jù)傳輸力量。光子集成電路比傳統(tǒng)的電子集成電路具有許多明顯優(yōu)勢，包括信號屏蔽性、速度更快、發(fā)熱更少、帶寬更大、串擾更低等。然而，光子集成電路需要在納米級尺度內(nèi)掌握光子，離桌面計算機和其他口常應用還相差甚遠。這對納米光子學的討論提出了新的挑戰(zhàn)：一方面要求光學器件尺寸高度小型化，便于納米應用和集成；另一方面要求能夠在納米尺度下掌握光場，實現(xiàn)在納米尺度內(nèi)的聚焦、變換、耦合、折射、傳導和復用，以及實現(xiàn)高準直、超衍射的新型光源和各種納米光子學器件。

2.本討論的意義和目的

半導體器件的性能、速度以及易用依靠于它們在外部器件上的小型化與集成化。然而，當代電子設備的信息集成處理和傳感正在快速達到理論上的速度和帶寬的限制，這是一個日益嚴峻的問題，阻礙了現(xiàn)代科技中很多領域的進一步進展。最有前途的一種解決方案是用光信號取代作為信息載體的電信號。

本課題主要通過軟件仿真試驗得到復合楔形波導的各種物理參數(shù)，如傳播長度（propagationlength這是正確的TimesNewRoman字體）、等效折射率（refractiveindex）、光場大?。╩odeconfinement）。最終通過優(yōu)化，轉變復合波導的結構，為之后進一步的討論奠定基礎。

二、論文的主要內(nèi)容和技術路線

1.主要討論內(nèi)容

本課題將探究表面等離子體光子的特性，將討論利用SPP這是宋體，英文及數(shù)字字體應

學理論，討論不同結構波導的導光特性和物理特性，利用SPP獨有的性質設計高效能的波導并進行仿真分析和優(yōu)化，為該領域的應用積累理論依據(jù)。

2.技術路線

本課題擬采納SOL作為仿真軟件，方案對SPP復合楔形波導進行一系列的仿真與優(yōu)化設計。首先依據(jù)之前查閱的相關文獻資料，對前人設計的波導結構進行仿真驗證。如下各圖：

圖一IMI結構

圖二復合WPP波導

驗證后，我們提出一種新型的復合楔形波導結構，如下圖：應編圖號及標題于其下方

對其進行建仿照真，得到相應的一組物理參數(shù)。與前人成果比對，并進行優(yōu)化，最終得到高性能的導波結構。

3.可行性分析

圖書館以及我?，F(xiàn)有的豐富的電子網(wǎng)絡資源，可以供應足夠的試驗參數(shù)等本課題試驗所需的相關信息。

SOLMultiphysics是一款大型的高級數(shù)值仿真軟件。廣泛應用于各個領域的科學討論以及工程計算，被當今世界科學家稱為“第一款真正的任意多物理場直接耦合分析軟件”。模擬科學和工程領域的各種物理過程，SOLMultiphysics以高效的計算性能和杰出的多場雙向直接耦合分析力量實現(xiàn)了高度精確的數(shù)值仿真。

三、討論方案進度支配及預期目標

1.進度支配

第1-4周：進行文獻查找和整理，文獻閱讀和翻譯，了解SPP的討論進展，完成開題報告撰寫；

第5-8周：把握SOL仿真軟件的基本用法，對前人提出的結構進行建仿照真，提出我們的新型結構并進行仿真；

第9-12周：分析試驗結果，得出物理參數(shù)，分析并進行結構優(yōu)化；

第13-15周：進行仿真測試資料和數(shù)據(jù)整理，完成畢業(yè)論文撰寫和答辯。

2.預期目標

在了解SPP的基本特性之后，討論作為主要應用的復合波導的導波特性及物理特性。學會使用SOL軟件對需要的結構進行建仿照真，提出新型的結構進行仿真并且優(yōu)化，為后期的討論供應理論基礎。

陳艷坤，韓偉華，李小明.突破衍射極限的表面等離子激元.光電技術應用，2024,26(4).

王慶艷，王佳，張書練．基于金屬表面等離子激元掌握光束的新進展．光學技術，2024,35(2):163-174.

DmitriK.GramotnevandSergeyI.Bozhevolnyi.Plasmonicsbeyondthediffractionlimit.NaturePhotonics,

vol4,Feb2024,83-91.

YushengBian,ZhengZheng,XinZhao,Symmetrichybridsurfaceplasmonpolaritonwaveguidesfor3D

photon