周期排列的电介质小球所诱发的金属-电介质表面上的表面等离子激元的光学性质

研究了金属板的上下表面附近各放置一层按周期排列的电介质小球的体系的光学性质.用多重散射法计算的结果显示金属上侧的周期性排列的电介质小球可诱发金属-电介质表面上的表面等离子激元.这些表面等离子激元的存在可通过非常尖锐的吸收峰反映出来.对于无限厚的金属板，这些吸收峰的峰值位置主要与电介质小球的周期有关，且与解析理论符合得相当好.在有限厚度的金属板中，金属板的两侧表面会产生对称和反对称的两种表面等离子激元，从而使原来在无限厚的金属表面上所出现的单一频率的表面等离子激元劈裂为双频率.由于对称和反对称的表面等离子激元模式在金属板的两侧表面均有相当强的电磁场，因而它们可导致强的电磁波穿透.通过在金属板的下侧加入玻璃球层可将表面等离子激元的电磁场引导出金属，并产生透射波.用多重散射法计算的结果证实，在此体系中由表面等离子激元所引起的透射可达到相当的强度. 对该体系中的物理机理进行了详细分析，从而能够通过调节该体系中的一些参数来控制表面等离子激元出现的频率，使强吸收峰或强透射峰出现在所希望的频率上. 关键词： 表面等离子激元 吸收谱 透射     

近红外磁表面等离激元单向波导

基于电介质-旋电介质的磁表面等离激元（SMPs）模型,从色散方程出发,理论分析了存在表面波时旋电介质介电张量和电介质介电系数的关系,以实现单向传输的SMPs。提出Ce∶YIG/Ag超构旋电材料,根据有效介电张量理论构造满足SMPs条件的旋电介质的介电张量。分析了电介质-旋电介质表面波的色散特性,利用有限元方法对电介质-超构旋电介质模型的传输特性进行了仿真计算,在施加常规磁场（0.2 T）情况下实现了工作于近红外波段的SMPs单向传输,并在该结构中引入缺陷。仿真结果表明该SMPs单向波导具有很好的鲁棒性。     

径向偏振光束激发的金属纳米球-纳米圆盘间隙模式等离激元共振光谱特性研究

提出了一种可用于表面增强拉曼测量的基于金属纳米圆盘上方放置金属纳米球颗粒构成的金属纳米结构，其在径向偏振光束激发下，由于金属纳米圆盘的呼吸模式表面等离激元共振的作用，可以形成纵向电场有效增强的间隙模式等离激元共振。对此进行了有限元模拟计算研究，计算结果证明该间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量增强了100倍以上。为了更清晰地展现这种新型纳米结构的光谱特性以及表面电场分布特征，同时对单个金属纳米圆盘，单个金属纳米球，金属薄膜，金属纳米球-金属薄膜这几种纳米结构在同一个模拟计算框架下进行了计算以及比较分析。由于可以把金属纳米球类比为金属探针的尖端，所提出的新型间隙模式也有望在针尖型拉曼增强中得到应用。     

紫外表面等离激元在基于氧化锌纳米线的半导体-绝缘介质-金属结构中的输运特性研究

研究了紫外表面等离激元在半导体纳米线-绝缘介质-金属构成的波导结构中的输运问题,借助有限元方法,对这种波导所支持导模的电磁能分布、有效折射率、传播长度和有效模场面积随电磁参数和几何结构参数的依赖关系进行了分析.计算结果表明:以氧化锌纳米线作为增益介质,绝缘材料选择折射率小的空气,金属选择铝能够实现对输出光场的亚波长约束,有效模场面积达到λ2/100,同时保持低的传输损耗和高场强限制能力;有望用作纳米光源,使得相关的生物探测器件和医疗诊断设备实现更高的灵敏度和更小的体积.     

周期地嵌入电介质球壳的金属表层的表面等离子激元及其与电介质腔体模式的耦合

通过观察金属底板中周期地嵌入电介质球壳的体系的光学吸收性质，研究了表面等离子激元 以及与其他电磁模式的耦合特性.在这种周期结构的金属表面，发现存在两种响应频率，分 别对应于表面等离子激元模式和金属中的电介质腔体模式.在这些响应频率上，可观察到与 它们相对应的吸收峰.由于金属的表面模式不能与平面入射光直接耦合，而腔体模式与平面 入射光和表面等离子激元模式的耦合一般较弱，因而通常情况下这些吸收峰的峰值有限.然 而，通过调整体系中的某些参数，可以使腔体模式和表面模式的频率非常接近，这时二者之 间的耦合强度将大大提高.此时，在相应的频率附近可观察到极强的吸收峰.详细地研究了介 质球壳的物理和几何参数对此共振吸收的影响. 关键词： 腔体模式 表面等离子体模式 共振吸收     

金孔阵列电介质与金电介质孔阵列的强透射特性

采用时域有限差分（FDTD）法研究了金膜厚度、电介质折射率及其厚度对金孔阵列电介质与金电介质孔阵列两种结构强透射特性的影响。研究发现这两种结构都具有较好的强透射特性,这表明光与金膜表面自由电子的电荷密度波耦合成表面等离子激元（SPP）,对增强透射起到了关键作用。金膜厚度是影响强透射特性的主要因素,其衰减长度为35 nm;而与金膜相邻的电介质膜厚度对强透射特性影响极小。电介质折射率大小对强透射特性影响明显,折射率为1.8时能够获得较好的强透射特性。     

二维亚波长金属小孔阵列的透射光增强效应

对金属薄膜上的二维亚波长小孔阵列的光透射增强现象进行了数值模拟，结果显示不仅实际金属薄膜上的小孔阵列结构具有透射增强效应，理想导体薄膜的相同结构也具有透射增强效应，但没有实际金属薄膜的增强明显-通过分析指出，这种小孔阵列的光透射增强效应是一种复杂的波导耦合效应-与金属薄膜上的表面电流一样，表面等离激元波具有将入射光能量从金属表面向小孔转移的作用，但不是透射增强的本质原因- 关键词： 表面电流 共振耦合 透射增强 表面等离激元     

含双挡板金属-电介质-金属波导耦合方形腔的独立调谐双重Fano共振特性

基于表面等离子激元在亚波长结构的传输特性,设计了一种含双挡板金属-电介质-金属波导耦合两个方形腔的结构.由F-P谐振腔产生的宽谱模式与两个方形谐振腔产生的两个窄谱模式发生干涉作用,形成了独立调谐的双重Fano共振,而且可以通过改变两个方形腔的大小及填充介质实现双重Fano共振的独立调谐.基于耦合模理论,定性分析了该结构产生双重Fano共振的机理.利用有限元仿真的方法,定量分析了结构参数对可独立调谐双重Fano共振和折射率传感特性的影响.结果表明,优化参数后该结构的灵敏度分别高达1020和1120 nm/RIU, FOM值分别高达3.59×10~5和1.17×10~6.该结构可为超快光开关、多功能高灵敏度传感器和慢光器件的光学集成提供有效的理论参考.     

基于双电介质层的棱镜表面等离子共振传感的研究

为了提高表面等离子共振系统的分辨率,提出了一种五层结构的表面等离子共振效应的激励模型:棱镜基底-银膜-电介质层1-电介质层2-待测介质.采用薄膜光学和波导理论,讨论了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用.借助有限元分析方法,数值模拟得到双电介质表面等离子共振激励模型的共振光谱.分析结果表明,当待测介质折射率相同时,双电介质表面等离子共振激励模型共振光谱的半峰宽约为传统棱镜表面等离子体共振的0.1倍,理论计算得到双电介质表面等离子共振激励模型的系统分辨率相较于传统棱镜表面提高了5.4倍.以乙二醇溶液为待测样本,分析得到传感器的灵敏度约为7.2°/RIU,品质因数约为465,证明了该结构设计的可行性,为设计高分辨率和高品质因数的传感系统提供了理论参考.     

基于LabVIEW的表面等离激元共振测量液体折射率

利用LabVIEW编写硬件控制软件,搭建了基于表面等离激元共振原理的光强探测型液体折射率测量实验平台.实验测量纯水和纯酒精的表面等离激元共振的共振角分别与理论计算数据相吻合,证明该系统测量的共振角数值能正确地反映液体折射率的变化.利用该系统测量了不同浓度的酒精-水混合液的折射率.     

光纤纤芯及包层模有效折射率计算及仿真

光纤结构设计、模间色散求解、光纤光栅模式耦合等问题的研究, 都需要对光纤纤芯及包层模的有效折射率进行精确计算. 本文以光纤三层结构模型为基础, 结合该模型下的模式本征方程, 使用截弦法求解了纤芯模有效折射率, 并将计算结果与COMSOL软件模拟的对应纤芯模的传输光场进行对比, 验证了计算结果正确.使用区间遍历算法对包层模有效折射率进行了求解, 与已有的传统方法相比, 该方法可以有效防止求解过程中根的遗漏、避免特征方程产生的奇点, 并能保证模式的正规性.本文采用Mathematica软件对求解过程进行仿真, 获得了纤芯模和包层模有效折射率与波长关系曲线. 关键词： 光纤传输模式 有效折射率 截弦法 区间遍历算法     

Analysis of Nonlinear TE Waves in a Periodic Refractive Index Structure with a Nonlinear Cladding

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｓｇｕｉｄｅｄｂｙｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｎｔｕｍｗｅｌ（ＭＱＷ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈａｖｅａｔｒａｃｔｅ...     

A method for determining the optical constants of an absorbing film entering into the composition of a layered system

A matrix method of calculating the refractive index and the absorption factor of an absorbing film entering into the composition of a multilayer thin-film system (for example, of the dielectric-metal-dielectric type) from the measured transmission and reflection spectra of the system is proposed. The method is based on solution of the matrix equation for the layered system by the iterative method of continuous differential descent. The method developed was applied to determine the optical constants of a real silver film in the composition of a three-layer energetically efficient titanium dioxide-silver-titanium dioxide coating.     

梳状波导结构中石墨烯表面等离子体的传播性质

理论上研究了介质/石墨烯/介质梳状波导结构中表面等离子体的传播性质. 波导中表面等离子体模的有效折射率随着石墨烯费米能级的提高而减小, 随着介质折射率的增加而增加. 分析和仿真结果表明, 基于这种梳状波导可以在中红外波段实现新型的纳米等离子体滤波器, 器件的尺度在几百纳米的范围. 通过改变梳状分支的长度, 石墨烯的费米能级, 介质的折射率和波导中石墨烯的层数, 很容易来调节带隙的位置. 另外, 滤波带隙的宽度随着梳状分支数的增加而增加. 这种滤波性质将在可调的高集成光子滤波器件中具有潜在的应用.     

A design method for dielectric multilayer optical filters

A generalized design method for an optical filter consisting of a dielectric multilayer structure is proposed to get an arbitrary profile of the wavelength dispersion of reflectivity or transmittance. The basic concept of the method lies in the fact that the wavelength dispersion of the reflectivity is approximately determined by taking the inverse Fourier transformation of the refractive index profile of the multilayer structure. Construction of a filter with only three different values of refractive index is described.     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

All angle negative refraction with the effective phase index of-1

We theoretically studied a left-hand structure based on a two-dimensional (2D) photonic crystal (PC)with a negative refractive index. The propagation of electromagnetic waves in the proposed PC structure is investigated through dispersion characteristic analysis and numerical simulation of field pattern. The designed PC structure can exhibit all angle negative refraction, and the corresponding effective refractive indices along all directions are almost same and close to the ideal value of -1. A flat lens formed from such a PC has been designed and its imaging properties have been investigated systematically.     

周期结构薄膜在折射率色散下反射区特性研究

周期性结构是光学薄膜设计的基本物理模型,给出了反射区中心波长的一般性条件,研究了在膜层材料存在折射率色散情况下,等厚周期结构和非等厚周期结构的薄膜反射区中心波长与带宽特性.研究结果表明:在等厚和非等厚周期结构中,考虑膜层材料折射率色散与忽略色散情况相比,中心波长向长波方向移动,反射级次与相对波数的线性关系偏离;在薄膜光学厚度一定的非等厚周期结构中,高折射率层光学厚度大于低折射率层时,反射级次与相对波数的线性关系偏离度高;非等厚周期结构薄膜的带宽在低反射级次上小于等厚周期结构,同时膜层的色散对反射带宽影响不大.     

Broadband near-infrared fibers dispersion measurement using white-light spectral interferometry

A new technique for an experimental determination of the effective refractive index, group refractive index and dispersion of fibers in a broad near-infrared spectral range is presented. The method is based on a white-light spectral interference which utilizes an unbalanced Michelson interferometer. The effective refractive index is obtained by a direct fitting the cosine function to the spectral interference pattern recorded by a low resolution spectrometer. The method has been tested in the spectral range of 1000-1700 nm both with standard telecommunication fibers and a sample of a photonic fiber. The accuracy of dispersion measurement () exceeds those from the previously reported near-infrared white-light spectral interference methods.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.