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.     

一种用于传感的多Fano通道高灵敏度MIM波导

提出了一种金属-绝缘体-金属波导结构,该结构由带有中央矩形空气路径的方形环谐振腔和带有挡板的总线波导组成。利用有限元法研究了该结构的磁场分布、透射特性和传感性能。仿真结果表明,谐振腔中的中央矩形空气路径可以改变表面等离极化激元在谐振腔中的传播路径,提供更多的等离子体共振模式。在所提出的结构中可以激发四重Fano共振,透射谱中形成一个滤波带。改变结构参数可以调节Fano共振的个数,最多可以获得6个Fano共振和两个滤波带,还可以对Fano共振的位置、强度以及滤波带的宽度进行灵活方便的调节。该结构的最大灵敏度和品质因数分别为3 028 nm/RIU和157.14,可用于制作多波段带阻滤波器和检测葡萄糖等液体浓度的传感器。     

基于MIM谐振腔内嵌金属方芯结构的可调谐Fano共振

设计了一种由内嵌金属方芯的金属-绝缘体-金属方形气腔以及两个侧耦合波导组成的耦合结构,并采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明:通过对气腔内金属方芯偏离角和偏离距离的调节可以获得并调制Fano共振;该Fano共振由对称破缺或几何效应影响左右波导和谐振腔之间耦合区域中的场分布强度所致,场分布模式的变化是由波导模和腔模之间的干涉引起的.此外,Fano共振的光谱位置和调制深度对偏差参数十分敏感,通过计算不同偏差角及偏差距离下的折射率传感特性发现,其折射率敏感度最高达1 508nm/RIU,品质因数最高达1 308.研究结果为设计更加灵活、简单、高效的片上等离子体纳米传感器提供了理论依据.     

带有T型腔的MIM波导的法诺共振特性研究

设计了一种带有枝节的金属-介质-金属(MIM)波导与T型谐振腔侧耦合的表面等离子体光波导结构。利用有限元法(FEM),数值分析了改变耦合距离、T型腔几何尺寸及其不对称性、枝节高度对法诺(Fano)共振谱线的影响。结合电磁场分布进一步揭示了Fano共振现象产生的物理机理,由此可以动态调节表面等离子体波在结构中传输时产生的Fano共振特性。另外,研究表明在T型腔内填充不同折射率的材料,利用所设计的波导结构可以实现灵敏度高达940nm/RIU的纳米尺度的折射率传感器。最后研究了结构的慢光传输特性,可以在Fano峰值附近实现约0.025ps的光学延迟。这种新型的表面等离子体光波导可能会在光子器件集成、慢光效应及纳米传感领域有着较大的应用前景。     

带有同心双圆环谐振腔的MIM波导的Fano谐振特性研究

本文设计了一种支持多重Fano谐振的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导(SPW)结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导耦合同心双圆环谐振腔组成。利用有限元法进行数值仿真,研究了耦合距离、枝节的高度以及同心双圆环内、外环半径对Fano传输特性的影响。同时,结合磁场分布图,分析了多重Fano谐振形成的物理机理。另外,通过改变填充在同心双圆环谐振腔内介质材料的折射率研究了该结构在折射率传感器领域的应用。该波导结构具有灵敏度为1 400nm/RIU,品质因数高达1 380的传感特性。最后,本文研究了该波导结构的慢光特性,研究表明Fano峰附近的最大群折射率约为11.4,最大延迟时间约为0.076ps。这种SPW结构在纳米尺度的滤波器、折射率传感器以及慢光器件等领域有着潜在的应用前景。     

带有开口方环谐振腔的MIM波导的Fano谐振特性研究

本文设计了一种支持Fano谐振传输特性的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导和一个开口方环谐振腔组成。利用数值方法详细研究了Fano谐振传输特性对几何参数的依赖关系,并通过时域耦合模理论(CMT)对给定参数条件下的传输谱进行了拟合验证。同时,也对该结构在折射率传感器方面的应用进行了研究,通过计算介质折射率变化引起的Fano谐振峰的波长变化可以发现,传感器的灵敏度高达1500nm/RIU,品质因子超过1800。这种表面等离子体光波导结构在光子器件集成及纳米滤波器、快速光开关以及折射率传感器等领域有一定的应用前景。     

侧耦合谐振腔的多重独立可调谐Fano共振传感特性

基于表面等离极化激元在亚波长结构的传输特性,提出了一种含单挡板的金属-介质-金属(MIM)波导耦合双T型谐振腔的结构。在近场耦合作用下,单挡板形成的较宽连续态与单T型腔形成的较窄离散态,经过复杂的干涉相消形成非对称的双重Fano共振峰。基于耦合模理论,研究了单挡板MIM波导耦合单T型腔Fano共振的产生机理,并采用有限元分析法对该结构进行了模拟仿真。在此基础上,研究了含双T型腔结构的四重Fano共振形成过程,分析了上下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响。结果表明,上下T型腔产生的Fano共振峰互不影响,且由单个T型腔可以实现两个Fano共振峰独立可调谐,故含金属挡板的MIM波导耦合双T型腔结构可以实现四个Fano共振峰独立可调谐。该结构可为差动传感器和波分复用器的设计提供有效的理论参考。     

枝节直波导与开口方环耦合谐振腔的Fano谐振特性研究

本文构建了一个枝节直波导与带开口方环耦合谐振腔.基于金属-绝缘体-金属结构的Fano谐振原理,采用有限元法分析了该波导结构的透射谱线对谐振腔结构参数的依赖关系.在开口方环与直波导间距G=90 nm,枝节高度H=140 nm时,该谐振腔结构中可以产生中心波长分别为λ=746 nm和1521 nm具有反对称线型的双重Fano共振透射峰.研究表明：左侧谐振峰值先随H增高而升高,至H=140 nm达到最大值,之后随H增高峰值缓慢减弱,直至消失.右侧谐振峰值则几乎不受H变化影响.传输谷受H影响最大,随着H增大,枝节谐振腔的传输谷向长波长方向移动,而右侧两个传输谷基本保持不变.当H=210 nm时,左边Fano谐振完全消失,只剩下右边的谐振,且谐振峰基本保持不变.设置参数化扫描,观测Fano谐振的变化,在波长1500 nm～1700 nm之间,设置最佳参数,经拟合计算得到该谐振耦合腔可以作为一个灵敏度S为1496 nm/RIU,FOM=60.1的折射率传感器.该结构可以为纳米级折射率传感器设计提供有效依据.     

含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔Fano共振慢光特性研究

基于表面等离子亚波长结构的传输特性,提出一种含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔结构。由金属双缝波导谐振腔形成的较宽的连续态波与由环形谐振腔形成的较窄的孤立态波耦合干涉相消,形成Fano共振。结合耦合波理论,分析了该结构形成Fano共振的传输及相位特性。采用有限元分析法对该结构进行模拟仿真,定量分析了结构参数对结构慢光特性的影响,实现结构参数优化。结果表明,优化后的结构群折射率可达205。该结构能为集成等离子慢光器件的设计提供有效的理论参考。     

基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究

基于表面等离子体激元在金属-介质-金属结构中优良的传输特性,设计了一种由直波导和锚形谐振腔组成的波导滤波器。仿真分析了波导滤波器传输特性和电场分布随结构参数和谐振腔内介质折射率变化规律。结果表明,该锚形谐振腔最佳结构时滤波器半峰全宽低至8 nm,品质因数高达121.9。利用共振波长与结构参数变化规律,设计了光通信波长窗口的窄带带阻滤波器。根据SPPs对谐振腔介质折射率敏感的特性,发现透射谱线随折射率变大而发生红移。本文提出的基于锚形谐振腔的等离子体MIM波导滤波器为设计特定波长的窄带带阻滤波器提供了新思路,也为基于谱线红移特性设计的介质折射率传感器提供了技术支持。     

"两原子-双模腔场"系统的腔场谱

研究了存在偶极相互作用的两等同原子与双模腔场共振相互作用双光子过程的腔场谱,研究发现,当两模初态都为光子数态或相干态时,两模腔场谱之间有很强的相互影响,在两模场强相同时,两划的光谱结构也相同,且在强场下呈现三峰结构;当两模初态场强不同时,较强的一模出现简单的单峰结构,而较弱模光谱中三峰的距离随另一模光子数的增加而增大。当两模均为压缩真空态时,在强场下得到经典共振荧光谱,且两模腔场谱之间的相互影响很弱。     

Purity and Correlation of a Cavity Field Interacting with a SC Charge Qubit with a Lossy Cavity

A single-mode microwave cavity field, coupled to its reservoir, interacting generally with a superconducting charge qubit is considered. Using a certain canonical transformation for the qubit states, the system is transformed into the usual Jaynes-Cummings model. The solution of the master equation of this system, in the case of a high-Q cavity is obtained. The temporal evolution of the population inversion is explored. The effects of cavity damping on the purity of the qubit, the field and the global system state are studied. It is found that due to the coupling between the system and environment, the purity is lost. The entanglement is compared with total correlation. It is found that, with the damping parameter, the asymptotic value of the correlation measure is not null, since the global system evolves to a classically correlated state. The negativity is used as an indicator of the degree of entanglement between the qubit and the field. The results indicate the sensitivity of these aspects to change of the damping parameter.     

H-在矩形腔中的光剥离截面

根据半经典闭合轨道理论研究了矩形腔对氢负离子的光剥离进程的影响,利用反射定律分析矩形腔中与光剥离截面相联系的剥离电子运动的闭合轨道,推导出该体系下的光剥离截面公式,在线性极化光的作用下,研究了腔的尺寸对光剥离截面的影响,并将其与麻志君等用量子力学方法研究的结果进行对比.结果表明:矩形腔的存在及其大小对光剥离截面中由闭合轨道相联系的返回波与波源函数发生干涉引起的振荡有很大影响,且振荡曲线随着矩形腔的尺寸变化明显;当激光极化方向沿着x轴或者y轴时,半经典方法与量子力学方法的结果一致,当激光极化方向沿着Z轴时,由于矩形腔在z轴上对光剥离截面不作用,采用半经典方法光剥离截面与无场的情况相同,但是采用量子力学方法,其结果中却出现振荡,表明半经典方法研究此体系结果更准确.研究结果可对研究负离子光剥离以及外腔中的电子输运问题提供参考.     

Heterogeneous Nucleation on a Conical Cavity

Heterogeneous nucleation in a conically shaped pit on the surface of a plane surface substrate is investigated. The growing process of a cluster on the substrate consists of three stages： growing within the conical cavity, at the cavity edge and outside the cavity. In every stage, the thermodynamic criterion of a cluster growing into a nucleus depends on both the conical cavity dimensions and the substrate materials. The free energy barrier for nucleus formation and the condition of twice nucleation are obtained.     

Thermal Relaxation of a QED Cavity

We study repeated interactions of the quantized electromagnetic field in a cavity with single two-levels atoms. Using the Markovian nature of the resulting quantum evolution we study its large time asymptotics. We show that, whenever the atoms are distributed according to the canonical ensemble at temperature T>0 and some generic non-degeneracy condition is satisfied, the cavity field relaxes towards some invariant state. Under some more stringent non-resonance condition, this invariant state is thermal equilibrium at some renormalized temperature T ^*. Our result is non-perturbative in the strength of the atom-field coupling. The relaxation process is slow (non-exponential) due to the presence of infinitely many metastable states of the cavity field.     

Preparation of Macroscopic Quantum Superposition States of Cavity Modes Using rf-SQUIDs in a Cavity

We propose a potential scheme of preparing Schrödinger-cat state of the cavity mode by placing an rf-superconducting quantum interference device (rf-SQUID) in a single-mode microwave cavity. By properly adjusting the detuning and the strength regarding the radiation fields, we show how to generate single-mode Schrödinger-cat state. Generalizing this method we discuss the generation of the engtangled coherent states. The experimental feasibility of our scheme is discussed under consideration of the cavity decay.     

Effect of Cavity Decay on Entanglement of Ladder-Type Three-Level Atoms and a Two-Mode Cavity Field

Considering the adiabatical approximation and the large detuning condition, we give the effective Hamiltonian of a ladder-type three levels atom interacting with a bimodal cavity field. If two identical three-level atoms are sent through the cavity one by one, a two-atom entangled state can be generated. With the choice of the appropriate interaction time, a maximally entangled state of two atoms can be obtained if decoherence effect is ignored. Moreover, we discuss the effect of cavity decay on four physical quantities including atomic population probability, residual entanglement of the first atom and the cavity field, concurrence between the two atoms, and fidelity for generating atomic EPR state, all of which decrease with the increase of cavity decay when the other parameters are fixed.     

Spectator Model Dynamics in a Leakage Cavity

A spectator system in an atoms-cavity QED model is investigated. The subsystem initial state is prepared as one of the Bell states or one mixed state. It is shown that （i） the dynamics of Bell states are independent on the initial states; （ii） the concurrence dynamics can be engineered by a controlling light field.     

Effect of Cavity Decay on Entanglement of Ladder-Type Three-Level Atoms and a Two-Mode Cavity Field

Considering the adiabatical approximation and the large detuning condition, we give the effective Hamiltonian of a ladder-type three levels atom interacting with a bimodal cavity field. If two identical three-level atoms are sent through the cavity one by one, a two-atom entangled state can be generated. With the choice of the appropriate interaction time, a maximally entangled state of two atoms can be obtained if decoherence effect is ignored. Moreover, we discuss the effect of cavity decay on four physical quantities including atomic population probability, residual entanglement of the first atom and the cavity field, concurrence between the two atoms, and fidelity for generating atomic EPR state, all of which decrease with the increase of cavity decay when the other parameters are fixed.