双层金属纳米光栅的TE偏振光异常透射特性

根据在亚波长金属光栅表面添加电介质会引起TE偏振光的透射异常性, 应用严格耦合波理论和时域有限差分方法, 研究了双层金属纳米光栅在TE偏振光入射时产生的异常透射现象. 利用等效折射率方法建立了双层金属光栅的等效模型, 得到了TE偏振光透射率与聚合物的折射率、厚度以及金属层厚度的变化关系. 确认了结构中聚合物是透射异常出现的必要条件, TE偏振光以波导电磁模式在其中传播, 并认为类Fabry-Perot腔谐振是透射峰值产生的主要原因.     

内嵌矩形腔楔形金属狭缝的增强透射

金属薄膜上亚波长金属狭缝的非共振光增强透射对宽频带光子器件的设计具有重要意义. 为增强金属狭缝的光透射, 设计了内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列, 并用有限元方法研究了该结构的透射特性. 结果表明, 内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列比无矩形腔的楔形金属狭缝阵列透射率高. 此外, 还研究了矩形腔的结构参数和位置对内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列透射特性的影响. 这些结果将对设计具有更高透射能力的金属狭缝具有一定的指导意义. 关键词： 光异常透射 金属狭缝 表面等离极化激元     

吸收增强的光栅型金属-半导体-金属光电探测器的优化设计

针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对探测器吸收性能的影响,证明了类法布里-珀罗共振和表面等离子体激元是吸收增强的物理起源。对于波长615 nm的红光通信而言,探测器金属光栅的最佳周期、最佳高度和最佳狭缝宽度分别为580,91,360 nm。与没有亚波长金属光栅结构的探测器相比,本文设计的探测器吸收系数提高了32%。本文研究的MSM探测器结构与CMOS工艺完全兼容,有望在可见光通信芯片中得到实际应用。     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元(SPP)共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元（SPP）共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

亚波长金属光栅的光耦合增强效应及透射局域化的模拟研究

介质层上的亚波长金属光栅产生的表面等离子体（surface plasmons,SPs）可以极大地增强光栅下介质层内的透射光强.增强作用从500 nm延续到近红外区域.在波长610 nm附近有接近110%的增强,在波长700 nm及740 nm处也有180%左右的增强.而这个波长范围与薄膜太阳能电池的吸收谱很相近,因此这种结构有望大幅度提高薄膜太阳能电池及不同波长光探测器等光电转换器件的光耦合效率. 关键词： 表面等离子体 亚波长光栅 薄膜太阳能电池 透射增强     

单层亚波长金属光栅偏振器透射机理研究

为从物理层面理解亚波长金属光栅偏振透射现象以及光栅参数对偏振透射的影响,基于等效介质理论定性解释了单层亚波长金属光栅的偏振透射现象,给出了各个光栅参数对偏振性能的影响规律。对于不同条件下透射峰值产生的机理,基于法布里-珀罗共振理论给出了定量解释。对于等效介质理论和法布里-珀罗共振理论的准确性给出了验证及分析。通过两理论定性或定量的对单层亚波长金属光栅偏振器透射机理的系统分析,将有助于更清晰地理解金属光栅偏振器的偏振透射影响规律。     

Fabry-Perot腔谐振对横电波激励下亚波长一维金属光栅的异常透射性的作用

利用时域有限差分法,对横电波(TE波)激励带电介质的亚波长一维金属光栅的光场分布进行了模拟分析,发现TE波在所研究的模型下具有异常透射现象.探究其物理本质,确定类导模共振理论是第一个峰和第二个峰产生的主要原因.在此基础上,从麦克斯韦方程出发,通过有效折射率法,确定了类Fabry-Perot(F-P)腔谐振是产生第三个峰的主要原因.从而完善了TE波在所研究的模型下产生异常透射现象的物理本质.为进一步研究TE波异常透射性的物理本质提供了一种完整的理论依据. 关键词： 金属光栅 横电波 异常透射 类Fabry-Perot腔谐振     

亚波长金属块阵列中太赫兹波的传输特性研究

利用太赫兹时域光谱技术,研究了亚波长金属块阵列的太赫兹透射光谱特性及金属阵列结构的周期、金属块尺寸等因素对太赫兹透射特性的影响.结合时域有限差分方法,对实验结果进行了数值模拟,并分析了影响太赫兹透射的因素.结果表明:亚波长金属块阵列结构中,THz波的透射极小的位置由金属块的尺寸和周期决定,其透射谷的半高宽随其周期的增大而减小;透射峰值的位置由阵列的周期结构决定,其频率随周期的增加而减小;亚波长金属块结构的透射极小来源于金属块表面局域化电场等离子体的本征频率反射,该局域化电场与金属块结构密切相关,通过改变金属块结构,可以改变其表面电场分布与局域化.研究结果为研制太赫兹波段带阻滤波器提供了有益的参考.     

基于表面等离子体共振增强的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计研究

金属-半导体-金属光电探测器的光栅结构可激发表面等离子体, 有效增强探测器的吸收. 为深入研究器件结构对于表面等离子体的激发及共振增强的影响, 本文提出了一种具有超薄有源层的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计方法. 采用时域有限差分的方法详细分析了光栅周期、光栅厚度、 光栅间距及有源层厚度对于表面等离子体共振增强器件性能的影响, 通过仿真模拟获得了器件的最佳结构, 详细地分析了各个界面激发的表面等离子体及其共振模式对于光谱吸收增强的机理. 仿真结果表明, 有源层锗的厚度为400nm的超薄器件在通信波段具有较高的吸收, 尤其在1550nm波长处器件的归一化的光谱吸收率可以高达53.77%, 增强因子达7.22倍. 利用共振效应能够极大地提高高速器件的光电响应, 为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了有效途径. 关键词： 表面等离子体 锗探测器 时域有限差分仿真     

Systematical research on the characteristics of a vertical coupled Fabry–Perot plasmonic filter

A nanometric surface plasmon polariton (SPP) filter based on a vertical coupled metal–insulator–metal (MIM) Fabry–Perot resonator is proposed and analyzed. The transmission characteristics of the SPP filter are analyzed in detail by using the finite difference time domain method. And the resonance condition derived by the numerical method is consonant with the analytic model based on the Fabry–Perot model, which includes the metal loss and dispersion effects. And the simulation results show that multiple transmission dips can be formed and the resonance wavelengths of the transmission dips can be altered by the Fabry–Perot cavity length and width. Also the extinction ratio and the quality factor of the filter are affected by the barrier thickness of the coupling region. The proposed nanometric plasmonic filter is simple and very promising for the SPP waveguides platform.     

光纤光栅法布里-珀罗腔透射特性的理论研究

推导了光纤光栅法布里－珀罗腔强度透射率的解析表达式,理论上研究了这种腔的透射特性,并同普通法布里－珀罗腔做了比较;讨论了光纤光栅法布里 罗腔单模输出阈值腔长与光纤光栅长度和反射率之间的关系。     

Enhanced Raman scattering based on fabry‐perot like resonance in a metal‐cladding waveguide

A liquid‐core metal‐cladding waveguide structure of millimeter scale is designed to enhance Raman signal via the excitation of Fabry–Perot‐like resonance. Theoretically, an oscillating field distribution covering the whole guiding layer is generated by the multireflection at the two metal interfaces. The large detection area covers the whole sample chamber because of the oscillating nature of excited high order modes with concentrated intensity. By adding metal nanoparticles, the Fabry–Perot‐like resonance can be combined with local surface plasmons resonance to further enhance the light‐matter interaction with the target molecules, which is also confirmed by the experimental results. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Optical properties of Fabry–Perot microcavity with organic light emitting materials

We investigated the optical properties of the tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq₃) organic film with Fabry–Perot microcavity by measuring photoluminescence (PL) and transmittance. We have simulated the phase change on reflection as a function of wavelength. The Fabry–Perot microcavity structures were designed according to the simulation results and the resonant wavelength corresponding to the maximum of PL spectrum of a bare Alq₃ film. These structures were fabricated in three types of microcavities, such as type A [air|metal|Alq₃|metal|glass], type B [air|dielectric|Alq₃|dielectric|glass], and type C [air|metal|Alq₃|dielectric|glass]. A bare Alq₃ layer on glass, [air|Alq₃|glass], showed a PL peak around 514 nm and its full width at half maximum (FWHM) was about 80 nm. The broad FWHM of the bare Alq₃ film was reduced to 15–27.5, 7–10.5 and 16–16.6 nm for three types by cavity effects. Also, the control of the resonant wavelength can be achieved by the spacer length as well as the phase change on reflection on mirror.     

高Q法布里-珀罗腔中二阶串级非线性相移

在高Q值法布里珀罗腔中研究了二阶串级非线性相移.结果表明,通过改变入射光强,可以全光学控制基频光束的透射率和它的相移.基频透射光束的非线性相移相对入射光强的变化率被提高了腔精细度的平方.这可用作光子学开关器件 关键词： 二阶串级效应 法布里珀罗腔 非线性相移     

考虑入射光场光谱分布和损耗的Fabry-Perot干涉仪透射函数

运用部分相干光理论,分析了多光束干涉,得到了考虑损耗和入射光光谱函数分布的Fabry-Perot干涉仪透射函数。并就损耗和入射光场光谱宽度对透射函数的透过峰高度、对比度、精细常数,即Fabry-Perot干涉仪的性能的影响做了分析、讨论。     

Performance of Extrinsic Fabry–Perot Interferometer Based on Graded-Index Lenses for a Fabry–Perot Cavity with Surface Errors

Interference contrast is an important parameter for extrinsic Fabry–Perot interferometer (EFPI) based on graded index (GRIN) lenses. It determines the signal-to-noise ratio (SNR) and the measurement accuracy. We discuss the influence of Fabry–Perot (FP) cavity surface errors, which are inevitable in controlling the interference contrast during the manufacturing procedure. Our theoretical analysis and results of numerical simulations demonstrate that the surface errors diminish the interference contrast — the larger the surface error, the smaller the interference contrast. The results obtained contribute to the EFPI application in fiber sensors.     

体积全息图机制的再认识

提出了一种有关体积全息图机制的新看法，与以往的布拉格衍射模型不同，认为体积全息图由法布里－珀罗干涉仪构成，多光束干涉的优点是形成体积全息图特征的基础，基于这种新看法的计算机模拟给出了非常好的反射全息图的衍射光谱。     

Transmission of light through coaxial and non-coaxial double-layer gold slit arrays

We investigate numerically the transmittance of light through gold double-layer structures with periodic coaxial and non-coaxial slits. We attribute the enhanced optical transmission to the surface plasmon resonance collaborating with the localized waveguide resonance. The transmission spectra and the surface electric fields are used to characterize the resonances of both types. For the coaxial system, with the increase of the slit width of the second layer, the resonance peak values of both types increase sharply at first until the two layers have the same slit width and then decrease dramatically; additionally, the center of the localized waveguide resonance peak shifts to shorter wavelength noticeably, but the surface plasmon peak center moves negligibly. As regards the non-coaxial structure, it shows a similar behavior of the localized waveguide resonance peak to that of the coaxial one; however, the surface plasmon resonance peak behaves in a different way. These results may be associated with the surface plasmon coupling modes and the Fabry–Perot cavity modes in the double-layer structure.     

Fabry-Perot干涉仪的新应用

阐述了Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔的工作原理以及在精细光谱结构研究、激光技术等领域的应用．结合作者的工作，给出了Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔在微机械传感器和高速光电探测仪器研制这两个方面的新应用．