基于表面等离子体激元的纳米激光器设计

设计了一种基于纳米线/间隔层/金属层的纳米激光器结构.该结构中,金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合,提高了场增强效应.采用有限元法,分析了该结构的模式特性和增益阈值随几何尺寸的变化规律.结果表明:该结构具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,有效传播损耗最小值仅为0.013 3,归一化模式面积最小值仅为0.007.该纳米激光器结构可为发展新一代高效纳米激光器件提供理论和技术支持.     

紫外波长下混合表面等离子体纳米激光器

设计了一种带有金属脊和氟化镁夹层的紫外混合表面等离子体纳米激光器。在COMSOL Multiphysics软件的基础上,使用有限元法分析了所设计激光器结构的电场分布、模式特性、品质因数和增益阈值。结果表明：在工作波长为390 nm的紫外波段,通过最优参数设计,其光场约束可达到较好的深亚波长水平,同时保持高的品质因数、低的损耗和阈值。与平坦金属层结构相比,在相同的参数下,所设计的结构具有更强的光场限制能力和更强的微腔束缚能力,有潜力使纳米设备趋于小型化和集成化。     

低阈值混合表面等离子体纳米激光器的仿真设计

设计了一种包含圆柱形纳米线、空气间隙和半圆顶金属脊结构的低阈值纳米激光器.通过有限元法对激光器的模式特性、品质因数以及增益阈值进行数值计算,并研究了这些特性因子随结构几何参数(空气间隙、金属脊宽度和纳米线半径)的变化情况.结果表明,通过对参数进行调整,激光器的性能得到了显著优化.在最优参数下,增益阈值可达0.47μm-1,传输损耗仅为0.018.本文设计的纳米激光器能够实现低阈值的亚波长激射和低损耗传输,在生物医学、光通信等领域有广泛的应用前景,可为小型化和集成化的纳米设备提供技术支持.     

纳米金属肋混合表面等离子体波导模式特性分析

基于传统混合表面等离子体波导,提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟,研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律,分析了该混合波导的增益阈值.结果表明:该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52μm2.     

表面等离子体激元纳米激光器技术及应用研究进展

传统半导体激光器由于采用光学系统反馈而存在衍射极限,其腔长至少是其发射波长的一半,因此难以实现微小化。基于表面等离子体激元的纳米激光器可以实现深亚波长乃至纳米尺度的激光发射,而且现代微纳加工技术的逐步成熟,也为亚波长乃至纳米量级激光器的研制提供了成熟的技术条件。本文重点综述了国际上已成功实验验证的基于表面等离子体激元的纳米激光器的最新研究进展,综述了表面等离子体激元的基本原理,给出了若干种表面等离子体激元纳米激光器的结构和特点,指出该类激光器现存问题主要表现在激元损耗高及由此引起的制备工艺和电泵浦涉及的技术难题。文中最后展望了纳米激光器的应用和研究前景。     

表面等离子体激元纳米集成光子器件

纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备.表面等离子体激元（SPPs）是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外,还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点.基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础,成为目前国际上的一个研究热点.文章对基于SPPs的纳米集成光子器件的最新研究进展和研究成果进行评述。     

表面等离子体激元纳米集成光子器件

纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备.表面等离子体激元（SPPs）是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外,还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点.基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础,成为目前国际上的一个研究热点.文章对基于SPPs的纳米集成光子器件的最新研究进展和研究成果进行评述.     

深亚波长约束的表面等离子体纳米激光器研究

本文提出了一种新颖的基于半导体纳米线/空气间隙/金属薄膜 复合结构的表面等离子体纳米激光器, 并给出了理论研究和仿真分析. 这种结构通过金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合, 从而使场增强效应得到显著提高. 同时通过数值仿真研究, 得到该混合波导结构的模式特性和增益阈值随空气槽宽度、纳米线半径的变化规律, 表明它可以实现对输出光场的深亚波长约束, 同时保持低损耗传输和高场强限制能力. 通过最优化选择, 最终得到纳米等离子体激光器的最优结构尺寸.关键词：表面等离子体混合等离子体波导纳米激光器     

基于混合表面等离子体波导的纳米激光器的研究

设计了一种带有金属脊和低折射率介质夹层的新型混合表面等离子体波导结构,利用有限元法对该结构进行了数值仿真。COMSOL Multiphysics软件是一款基于有限元法模拟真实物理现象的仿真软件。在COMSOL Multiphysics软件平台上,构建该结构的三维模型,使用模态分析和频域分析模块,研究了其电场分布、归一化模式面积、传输长度、增益阈值、品质因数。结果表明：在工作波长为370 nm时,所设计波导的光场约束可达到较好的深亚波长水平,同时保持大的传输长度。提出的带有金属脊结构与平坦金属层结构相比,波导特性更好。将该结构应用于纳米激光器,由基模和纵模反映出,激光器内光场分布稳定且集中在极小的面积内。在波导特性良好的情况下,该激光器可保持较低的增益阈值和较高的谐振腔品质因数。综合考虑,选取最优尺寸为ｒ＝80 nm, d＝45 nm,此时有效模式面积为0.005 1λ2,传输长度为1 668 nm,增益阈值为1.46×10-6 m-1, 品质因子74.5。最后,在最优尺寸下,通过仿真得到了该结构的发射光谱,其发射波长为360 nm,输出电能比输入电能增强了3 100倍。该结构为小型化和集成化的纳米设备提供了技术支持,在生物医学和光通信等领域有广泛的应用前景。     

改进型混合表面等离子体微腔激光器的研究

设计了一种拥有增益介质脊和空气间隙的改进型混合表面等离子体微腔激光器,并在微腔的两端面镀一层50 nm厚的银反射镜,有效地提高了纳米激光器的性能.基于COMSOL Multiphysics软件分别构建二维截面和三维立体模型,在1550 nm的工作波长下对该改进型结构的传输性能以及微腔性能进行分析.结果表明:该激光器具有显著的亚波长限制能力和很大的传输距离,最长距离可以达到1.29 mm.测试该激光器的微腔性能时,通过调整结构参数获得了高质量因子、低增益阈值以及深亚波长下的超小有效模式体积0.001092μm~3和超高的Purcell因子8.29×10~5.与先前结构对比,在结构参数统一时,所设计的结构具有更低的激光激射阈值和更强的微腔局域能力.所设计的改进型混合表面等离子体微腔激光器可以作为各种光子器件的基本构建模块,并可应用于传感、纳米聚焦和纳米激光等领域.     

表面等离子体激元微盘的优化设计及应用

表面等离子体激元(SPP)微腔具有很高的品质因子和极小的模式体积,在光电子器件研究方面具有重要的应用价值。采用有限元法对表面等离子体激元的金属覆盖介质微盘谐振腔进行理论模拟,研究考虑微盘底半径、介质层厚度及金属膜厚度等参数对微盘表面等离子体模的品质因子及模体积的影响。研究表明,在光通信波段1550nm附近获得高品质因子(1000以上),极低模式体积的表面等离子体微盘。最后研究了利用优化设计的微盘进行折射率传感的应用,获得了高达300nm/RIU的折射率传感灵敏度。     

金属半圆环/长板阵列的法诺共振特性

本文设计了金属半圆环/长板阵列,并应用有限元方法研究了该阵列的透射特性。研究表明:由于半圆环与长板之间的电场耦合,在该阵列中产生了法诺共振现象。法诺共振峰强烈地依赖于半圆环/长板的结构参数和相对位置,并且法诺共振峰对周围介质折射率有着较高的灵敏度,最高可以达到862.5 nm/RIU。这些结果有助于设计基于法诺共振的微纳光子学器件。     

双层开口环的圆二色性数值研究

基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构,其开口方向扭转一定角度以破坏对称性,并应用有限元方法研究圆二色性(CD)特性.研究表明:在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下,该结构表现出巨大差异使得CD产生,其CD值达到0.34.结构的电流分布表明,在短波长处,上下层圆环的等效偶极子耦合可形成反键模式,在长波长处,上下层圆环的等效偶极子耦合可形成成键模式,研究结构参数对CD的影响.理解圆二色的物理机制,并提供一种设计手性结构的方法.     

纳米尺度下光热治疗等离激元耦合影响分析

作为一种高效、局域化且高度可控的纳米热源,金纳米棒越来越多的应用于肿瘤的光热治疗之中.为探讨微观尺度下金纳米棒的产热与传热机理,以及颗粒之间耦合作用对体系光热效应的影响.本文运用基于有限元的COMSOL软件,建立了金纳米棒光热耦合的三维模型,分析了排布方式和颗粒间距等因素对纳米棒光学性质和光热响应的影响.研究表明,不同...     

等离子体诱导透明的T形-圆形波导滤波器

提出一种新型的由T形与圆形谐振腔组成的光学滤波器,并利用二维有限元法研究了它的特性。仿真结果显示,当这两个腔在共振峰附近处于失谐状态时,会产生电磁诱导透明现象;同时,由于两个腔的透射谱形是不同的,所以当改变圆形腔的半径或T形结构的宽度时,总体结构的透射谱形会呈现为一种Fano线,这种变化尖锐非对称的Fano线使得结构对于折射率的敏感性高达1400nm/RIU。本文还研究了滤波器特性随结构尺寸的变化,发现在滤波器几何结构一定的情况下,透射只发生在特定的波长处。该滤波器可以用于光子回路和灵敏探测。

     

基于D型双芯PCF的近红外宽检测范围SPR折射率传感器

现有报道的PCF-SPR折射率传感器的检测范围普遍较窄,不能实现低折射率的检测,且工作波段多数集中在可见光或通信波段,这限制了传感器的应用范围.鉴于此,提出了一种基于D型双芯PCF结构的SPR传感器,使用氧化铟锡作为等离子体材料沉积在D型PCF抛光表面,并对该传感器的理论模型进行了分析,包括金属参数对传感性能的影响,P...     

嵌入电介质小球的金属薄片的电磁波透射特性

研究了金属板上下两个表面内侧都周期性地嵌入电介质小球体系的透射和吸收性质.结果显示：对于嵌入深度很小的电介质小球,电磁波可通过隧穿效应进入到电介质小球内,并以腔体本征模式的形式存在.当嵌入深度很小时,周期排列的电介质小球会对金属表面做有效的周期性调制,使体系在特定的频率出现金属表面等离子激元.当腔体本征模式与金属表面等离子激元模式的频率相近时,它们之间的耦合将使两种电磁模式大幅度地增强,从而使上层的电介质小球内具有非常强的电磁场.这些高强度的电磁场有相当一部分可通过隧穿效应进入到下层的电介质小球内,并通过关键词：腔体模式表面等离子激元透射