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基于表面等离子体激元的新型金属光栅波导的研究
摘要：
本文综述了基于表面等离子体激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）的新型金属光栅波导的研究。首先介绍了SPPs的物理机制和基本特性，包括SPPs的起源、发展史、本质、理论模型、光学性质等。接着，介绍了基于SPPs的金属光栅波导的设计方法、制备技术和性能特点，包括金属光栅的结构形式、周期和深度的影响、材料选择、加工工艺等。最后，总结了该领域的现状和未来发展方向，包括SPPs在微纳光子学、传感技术、光电子器件等方面的应用前景，以及金属光栅波导的进一步改进和优化方向。
关键词：表面等离子体激元；金属光栅波导；微纳光子学；传感技术；光电子器件
Abstract:
Thispaperreviewstheresearchonnewmetalgratingwaveguidesbasedonsurfaceplasmonpolaritons(SPPs).Firstly,thephysicalmechanismandbasiccharacteristicsofSPPsareintroduced,includingtheorigin,developmenthistory,essence,theoreticalmodels,opticalproperties,etc.Then,thedesignmethod,preparationtechnologyandperformancecharacteristicsofmetalgratingwaveguidesbasedonSPPsareintroduced,includingtheinfluenceofthestructure,periodanddepthofthemetalgrating,materialselection,processingtechnology,etc.Finally,thecurrentsituationandfuturedevelopmentdirectionofthisfieldaresummarized,includingtheapplicationprospectsofSPPsinmicro-nanophotonics,sensingtechnology,optoelectronicdevices,andfurtherimprovementandoptimizationofmetalgratingwaveguides.
Keywords:surfaceplasmonpolaritons;metalgratingwaveguide;micro-nanophotonics;sensingtechnology;optoelectronicdevices
引言：
在光电子器件制备和微纳光子学研究中，表面等离子体激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）作为一种新型光子方式，因其具有超常的场增强效应、界面敏感性和子波长特性等优点而备受关注。SPPs在各种光学应用中发挥了重要作用，如光传感、表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance，SPR）、光电子器件等领域。其中，基于SPPs的金属光栅波导是一种重要的光电子器件，其具有多个高级功能，如光学耦合、光强增强、波导调制、光子晶体等，因而受到越来越广泛的关注。本文旨在综述基于SPPs的新型金属光栅波导的研究现状、发展趋势和应用前景，对该领域的研究提供参考和启示。
一、SPPs的物理机制和基本特性
1.SPPs的起源和发展：
SPPs是指沿着金属-介质界面上行进的电磁波和表面等离子体振荡相互耦合形成的一种复合波。SPPs最早是由Otto于1968年提出，其后经过多年研究和探索，在微纳光子学、传感技术、光电子器件等领域取得了广泛应用和深入探讨。
2.SPPs的本质和理论模型：
SPPs的本质是一种界面激子（interfaceexciton），是介质中自由电子与金属中电子的相互作用所形成的一种表面等离子体振荡模。在金属-介质界面上，磁场能量和电场能量趋于零，而RSW波（电磁波的一种形式）的能量集中在介质表面上形成高强度的电场和磁场，从而激发出表面等离子体振荡。理论模型主要包括光学模型、电磁学模型、量子力学模型等，其中最常用的是光学模型和电磁学模型。
3.SPPs的光学性质和应用：
SPPs具有子波长传播、场增强、支持TM极化等光学性质，常用于光传感、SPR、近场光学、光学储存等领域。其应用前景广阔，如光学信息存储、化学分析、生物检测、图像处理、纳米光学等。
二、基于SPPs的金属光栅波导的设计方法、制备技术和性能特点
1.设计方法：
基于SPPs的金属光栅波导的设计方法主要包括布拉格反射、衍射、全反射等。其中布拉格反射是一