光波導技術(shù)發(fā)展文獻綜述隨著社會的發(fā)展，我們處于信息爆炸的時代，海量的信息需要存儲，處理，傳輸，由于電子器件受到其基本速度和寬帶限制的制約，所以其運行速度和集成度很難進一步提高，而且電子在芯片中運動時通過歐姆損耗產(chǎn)生熱量。雖然這種熱對于某些應(yīng)用(如光熱治療)是可取的，但它對用于傳感和信息技術(shù)的等離激元器件是一個缺點，所以電子計算機運行時會耗散大量的能量。解決上述問題的一個方法是用光信號代替電信號。1.1傳統(tǒng)波導和光子晶體早在1970年，美國科學家S.E.Miiller就提出了“集成光學”的概念。利用光代替電子來傳輸信息與能量，由于光的衍射極限的存在，在介質(zhì)體和波導中傳播的光束的最小直徑與介質(zhì)中的波長相同，即λo/n(λo是自由空間中的波長，n是折射率),所以傳統(tǒng)的波導體積較大，很難與納米級的電子器件集成，光學測量的空間分辨率也比較低。另外傳統(tǒng)波導主要利用光的全內(nèi)反射，所以損耗較大，尤其是波導曲率增大時，損耗急劇增大。光子晶體具有周期性結(jié)構(gòu)，可以通過改變其結(jié)構(gòu)和參數(shù)進行靈活設(shè)計，因此進一步滿足光學通信的需求，其穩(wěn)定性更高，損耗減小，而且光子晶體相對于傳統(tǒng)波導，其最大的優(yōu)點就是在不增加損耗的情況下，可以使光線發(fā)生較大曲率的彎折，甚至實現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎，Y型傳輸?shù)?。但是無論傳統(tǒng)波導還是光子晶體都沒有突破光的衍射極限。無法將光束引導到小于光的波長的納米級材料中，這使得光子器件的微型化，以及與電子器件的集成成為一個難題。1.2亞波長光波導突破衍射極限，對光束進行亞波長約束是納米光子學一直追求的目標。亞波長波導可以實現(xiàn)了更深入的系統(tǒng)集成、微型化，為縮小互連技術(shù)提供機會，并最終為內(nèi)部的應(yīng)用增加通信帶寬，在光信號處理、納米光學器件和納米分辨率近場顯微鏡以及傳感器等領(lǐng)域有很大的潛在發(fā)展和應(yīng)用前景。最常見的亞波長波導有三類：一是基于納米光子學的高折射率介質(zhì)波導[3,5,56-62],如硅納米顆粒波導[5,57,59,62],二是金屬表面等離激元波導，三是二者混合的混合表面等離激元表面等離激元剛興起時，由于其制作上需要精密的納米級控制，所以R.F.Oulton[4]等人提出了一種將介質(zhì)波導與等離激元相結(jié)合的新方法。該混合光波導由一根介質(zhì)納米線與金屬表面通過納米級介質(zhì)間隙分離而成。等離激元模和波導表面等離激元可以在強模約束下長距離(40-150μm)運動。這種方法與半導體圖1.8混合等離激元波導[4]對于許多光子應(yīng)用，重要的是限制特定波長的光在一定體積內(nèi)低損耗傳輸。能使用垂直于固體網(wǎng)格線的偏振光來激發(fā)波導支撐的混合結(jié)構(gòu)中的波導等離激地引導諧振模式。展示了一種將自上而下激光干涉光刻(LIL)和自下而上(膠體合成和模板輔助自組裝法TASA)方法相結(jié)合的新方法，用于在大厘米尺度上NP光柵的等離激元輻射模式與TiO?基導模共振效應(yīng)(GMR)的正入射光子模式的耦合；這導致了雜化態(tài)的形成，雜化態(tài)可以通過改變?nèi)肷浣?AOI)來調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了它在折射率RI傳感方面的潛在應(yīng)用，其中GMR器件的靈敏度可以通過圖1.9膠體等離激元自組裝光柵的雜化導模共振[9]斷追求的目標。實驗證明了亞波長約束波導的高折射率介質(zhì)納米粒子在超過500和220nm時，傳輸損耗分別為34dB/m[1]S.A.Maier,P.G.Kik,H.A.Atwater,S.Meltzer,E.Harel,B.E.Koel,etmetalnanoparticleplasmonwaveguides,"NatureMaterials,vol.2,pp.229-232,Apr[2]J.J.Du,S.Y.Liu,Z.F.Lin,J.Zi,andS.T.Chuibelowthediffractionlimitwit[3]R.S.Savelev,A.P.Slobozhanyuk,A.E.Miroshnichenko,Y.S.Kivshar,andP.A.Belov,"Subwavelengthwaveguidescomposedofdielectricnanoparticles,"PhysicalReviewB,vol.89,2014.[4]R.F.Oulton,V.J.Sorger,D.A.Genov,D.F.P.Pile,andX.Zhang,"plasmonicwaveguidefoNaturePhotonics,vol.2,pp.496-500,Aug2008.[5]L.Ding,D.Morits,R.Bakker,S.Li,D.Eschimese,S.Zhu,etModulationinChainsofSiliconNanoantennas,"ACSPho[6]R.M.Bakker,Y.F.Yu,R.Paniagua-Dominguez,B.Luk'yanchuk,andA.I.Kuznetsov,"ResonantLightGuidingLetters,vol.17,pp.3458-3464,Jun2017.[7]S.A.Maier,P.G.Kik,andH.A.Atwater,"Observationofcoupledplasmon-polaritonmodesinAunanoparticlechainwaveguidesofdifEstimationofwaveguideloss,"AppliedPhysicsLetters,vol.81,pp.1[8]D.K.GramotnevandS.I.Bozhevolnyi,"PlasmonicsbeyondNaturePhotonics,vol.4,pp.83-91,Feb2010.[9]S.Sarkar,V.Gupta,M.Kumar,J.Schubert,P.T.Probst,J.Joseph,etalGrating,"AcsAppliedMaterials&Interfaces,vol.11,pp.13752-13760,Apr102019.[10]M.Mayer,P.L.Potapov,D.Pohl,A.M.Steiner,J.Schultz,B.Rellinghaus,etal.NanoparticleChains,"NanoLetters,vol.19,pp.3854-3862,Jun2019.[11]J.Lee,J.H.Huh,K.Kim,andS.Lee,"DNAOrigami-GuidedAssemblyofRoundest60-100nmGoldNanosFunctionalMaterials,vol.28,Apr2018.[12]J.Vieaud,J.Gao,J.Cane,M.Stchakovsky,A.E.Naciri,K.Ariga,etNanoparticleChains:Synthesis,Characterization,andModelingUsingSpectroscopicEllipsometry,"JournalofPhysicalChemistryC,vol.122,pp.11973-11984,Jun7[13]A.M.Steiner,M.Mayer,M.Seuss,S.Nikolov,K.D.Harris,A.Alexeev,etal.,toDefinedPlasmonicOligomers,"AcsNano,vol.11,pp.8871-8880,Sep2017.[14]R.J.Stover,E.Moaseri,S.P.Gourisankar,M.Iqbaletal.,"FormationofSmallGoldNanoparticleChainswithHighNIRExtinctionthroughBridgingwithCalciumIons,"Langmuir,vol.32,pp.1127-1138,Feb22016.[15]M.KangandR.S.Goldman,"IonirrFromself-assemblednanostructurestoplasmoniccry[16]S.J.Barrow,A.M.Funston,X.Z.Wei,andP.Mulvaney,"NanoToday,vol.8,pp.138-167,Apr2013.[17]S.J.Tan,M.J.Campolongo,D.Luo,andW.L.Cheng,"BuildingplasmonicnanostructureswithDNA,"NatureNanotechnology,vol.6,pp.268-276,May[18]S.ZouandG.C.Schatz,"Metal[19]D.Solis,Jr.,B.Willingham,S.L.Nauert,L.S.Slaughal.,"ElectromagneticEnergyTranspoModes,"N