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相似文献
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1.
设计了褶皱石墨烯波导结构激发表面等离子体激元,通过设计周期阵列结构实现了表面等离子体激元传播损耗的补偿.理论分析了周期阵列结构的表面等离子体激元传播模型和补偿损耗的方式,结果表明褶皱衍射激发表面等离子体激元波导不仅能够激发表面等离子体激元,还能利用表面等离子体激元波矢关系实现器件参数控制,周期阵列增益全程补偿损耗的方式可以显著增加表面等离子体激元的传播距离.数值分析结果进一步表明:该结构具备了保持亚波长尺寸的强局域化优势;周期阵列增益全程补偿可以显著提高纳米腔中的电场强度,降低传输损耗;波导结构的粒子反转水平较高,自发辐射噪声的扰动较低.设计的石墨烯波导器件可以为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供理想的亚波长光子器件.  相似文献   

2.
设计了褶皱石墨烯波导结构激发表面等离子体激元,通过设计周期阵列结构实现了表面等离子体激元传播损耗的补偿.理论分析了周期阵列结构的表面等离子体激元传播模型和补偿损耗的方式,结果表明褶皱衍射激发表面等离子体激元波导不仅能够激发表面等离子体激元,还能利用表面等离子体激元波矢关系实现器件参数控制,周期阵列增益全程补偿损耗的方式可以显著增加表面等离子体激元的传播距离.数值分析结果进一步表明:该结构具备了保持亚波长尺寸的强局域化优势;周期阵列增益全程补偿可以显著提高纳米腔中的电场强度,降低传输损耗;波导结构的粒子反转水平较高,自发辐射噪声的扰动较低.设计的石墨烯波导器件可以为微纳光学集成、光子传感和测量等领域提供理想的亚波长光子器件.  相似文献   

3.
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。  相似文献   

4.
刘镜  刘娟  王涌天  谢敬辉 《中国光学》2011,4(4):363-368
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。  相似文献   

5.
衍射极限尺度下的亚波长电磁学   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
蒲明博  王长涛  王彦钦  罗先刚 《物理学报》2017,66(14):144101-144101
作为波的本性之一,衍射是现代物理学的重要研究内容.衍射导致自由空间中波的能量不能被无限小地聚集,从而为成像、光刻、光存储、光波导等技术设定了一个原理性的障碍——衍射极限.对于电磁波和光波而言,尽管通过提高介质的折射率可以压缩衍射效应,但由于自然界中材料的折射率有限,该方法存在很大限制.近年来,随着表面等离子体光学的兴起,表面等离子体在超越传统衍射极限方面的能力和应用前景受到了学术界的关注.本文从亚波长电磁学的角度出发,介绍衍射极限研究的历史,综述了突破衍射极限的理论方法.首先,利用金属介质表面等离子体激元的短波长特性,可将等效波长压缩一个数量级以上,在纳米尺度实现光波的聚焦或定向传输;更进一步,通过人为设计超构材料和超构表面,利用结构化金属和介质中的局域谐振、耦合等特殊电磁响应,可实现亚波长局域相位调制、超宽带色散调控、近完美吸收、光子自旋轨道耦合等,从而突破传统理论的诸多局限,为下一代电磁学和光学功能器件奠定重要基础.  相似文献   

6.
通过在金属表面刻成浅的垂直凹槽,并在槽内填充不同的介质,对金属表面浅槽周期结构上传播的表面等离子体激元的色散特性与填充介质的关系进行了研究.研究表明通过在周期凹槽内填充介质可以有效降低人工表面等离子体激元的渐近频率,并增强金属表面对电磁场的约束.分析了太赫兹波段金属的吸收损耗对人工表面等离子体激元特性的影响,结果显示基于填充介质的浅槽周期表面结构可以获得长距离传输以及场的亚波长约束.通过对波传输的数值仿真,验证了该表面结构在太赫兹波段良好的导波能力.这种表面结构对太赫兹波段新型集成导波器件的设计具有参考价值.  相似文献   

7.
介质填充浅槽周期结构表面上的太赫兹表面等离子体激元   总被引:5,自引:5,他引:0  
通过在金属表面刻成浅的垂直凹槽,并在槽内填充不同的介质,对金属表面浅槽周期结构上传播的表面等离子体激元的色散特性与填充介质的关系进行了研究.研究表明通过在周期凹槽内填充介质可以有效降低人工表面等离子体激元的渐近频率,并增强金属表面对电磁场的约束.分析了太赫兹波段金属的吸收损耗对人工表面等离子体激元特性的影响,结果显示基于填充介质的浅槽周期表面结构可以获得长距离传输以及场的亚波长约束.通过对波传输的数值仿真,验证了该表面结构在太赫兹波段良好的导波能力.这种表面结构对太赫兹波段新型集成导波器件的设计具有参考价值.  相似文献   

8.
在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元(GSPP)模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明,通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目,并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况,表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。  相似文献   

9.
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。  相似文献   

10.
贵重金属在纳米光子学中开始起着越来越重要的作用,特别是贵重金属的表面等离子体效应和人工电磁介质结构的应用。表面等离子体纳米光子器件能实现光学模的亚波长束缚,因此在超高集成度光路、发光二极管、传感器、探测器等应用中将起着巨大的作用。同时,亚波长金属材料组成的人工电磁介质也能展现出各种激动人心的物理特性和潜在的应用。表面等离子体器件和人工电磁介质结构都需要贵重金属(如金、银等)作为其基本的组成元素。在这里,将回顾我们研究小组最近在表面等离子体器件和人工电磁介质结构方面的一些进展。将系统介绍光通讯波段的亚波长表面等离子波导和普通硅波导之间的高性能耦合器,以及超薄、宽吸收角度的亚波长人工电磁介质完美吸收结构等内容。也将简单介绍我们利用表面等离子体效应和人工电磁介质结构在隐形方面的一些研究。  相似文献   

11.
A new far-field optical microscopy capable of reaching nanometer-scale resolution is developed using the in-plane image magnification by surface plasmon polaritons. This approach is based on the optical properties of a metal-dielectric interface that may provide extremely large values of the effective refractive index neff up to 10(3) as seen by surface polaritons, and thus the diffraction limited resolution can reach nanometer-scale values of lambda/2neff. The experimental realization of the microscope has demonstrated the optical resolution better than 60 nm at 515 nm illumination wavelength.  相似文献   

12.
The photonic bandgap properties of periodic interfaces between noble metals and dielectrics exhibiting third-order optical nonlinearity are investigated. Some device configurations aimed at obtaining all-optical switching around 1500 nm are proposed, based either on the excitation of propagating surface plasmons at a sinusoidally modulated interface or on the back-reflection properties of a sawtooth-modulated metal-dielectric interface under normal incidence of the radiation. In the second case, 35% switching of 15-ps 5-nJ input pulses can be obtained using polydiacetylenes as the nonlinear dielectric.  相似文献   

13.
基于金属表面等离子激元控制光束的新进展   总被引:2,自引:0,他引:2  
表面等离子激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是一种在金属-介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡,具有近场增强、表面受限、短波长等特性,在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。近年来表面等离子光学和基于SPPs的纳米光子器件的研究引起了国际上科学家们的广泛关注。讨论了SPPs的基本原理和在亚波长结构下的光学特性,介绍了基于亚波长金属结构的表面等离子激元在空间光束准直与聚焦、平面内光束聚焦与传导和在近场纳米光束的控制等方面的研究情况,以及在纳米光子学器件中的潜在应用。  相似文献   

14.
The optical properties of arrays of metallic (gold) nanowires deposited on dielectric substrates are studied both theoretically and experimentally. Depending on the substrate, Wood’s anomalies of two types are observed in the transmission spectra of such planar metal-dielectric photonic crystals. One of them is diffraction (Rayleigh) anomalies associated with the opening of diffraction channels to the substrate or air with an increase in the frequency of the incident light. The other type of Wood’s anomaly is resonance anomalies associated with excitation of surface quasi-guided modes in the substrate. Coupling of the quasi-guided modes with individual nanowire plasmons brings about the formation of waveguide plasmon polaritons. This effect is accompanied by a strong rearrangement of the optical spectrum and can be utilized to control the photonic bands of metal-dielectric photonic crystal slabs.  相似文献   

15.
It is shown that the inverse Faraday effect appears in the case of surface plasmon polariton propagation near a metal/paramagnetic interface. The inverse Faraday effect in nanostructured periodically perforated metal-dielectric films increases because of the excitation of surface plasmon polaritons. In this case, a stationary magnetic field is amplified by more than an order of magnitude compared to the case of a smooth paramagnetic film. The distribution of an electromagnetic field is sensitive to the wavelength and the angle of incidence, which allows one to effectively control the local magnetization that arises due to the inverse Faraday effect.  相似文献   

16.
Zhou H  Yang G  Wang K  Long H  Lu P 《Optics letters》2010,35(24):4112-4114
The reflectivity map is theoretically investigated by applying the transfer matrix method in a metal-dielectric mirror structure at normal incidence. The existence of multiple optical Tamm states (OTSs) is demonstrated in this structure. It is found that an OTS is periodic resonance with the variation of the top-layer thickness of the dielectric mirror for a given wavelength. The energy for the corresponding OTS mainly depends on the thickness of the top layer. The appropriate thicknesses of metal film are proposed for the convenient observation of OTSs. This work may be useful in designing a new type of multichannel filter in optical communication systems.  相似文献   

17.
祁云平  张雪伟  周培阳  胡兵兵  王向贤 《物理学报》2018,67(19):197301-197301
提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10~(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.  相似文献   

18.
Feng NN  Dal Negro L 《Optics letters》2007,32(21):3086-3088
The concept of adiabatic mode transformation between silicon waveguide and surface plasmon-polariton modes in subwavelength metal-dielectric slots is investigated. The mode transformer consists of a modulated-index slot region, which is bound by two metal slabs. Using the design scheme, we will show that the optical dispersion of a modulated-index metal slot waveguide can be engineered well above the silicon light-line on a large wavelength region, allowing direct phase-matching between surface plasmon polaritons and traditional waveguide modes. Based on full-field, finite difference simulations, we demonstrate that reversible mode conversion can be achieved within submicrometer length scales.  相似文献   

19.
Chul Kim H  Cheng X 《Optics letters》2011,36(16):3082-3084
We numerically investigate the optical field enhancement based on gap surface plasmon polaritons (GSPPs) that are enhanced by propagating surface waves launched by a circular slit at a metal-dielectric interface. The optical field enhancement originates not only from multiple scattering and coupling of GSPPs in the spacer region between two metal layers but also from propagating surface plasmon polaritons (SPPs) launched by a circular plasmonic lens. We find that the combination of the GSPPs and the propagating SPPs launched by the plasmonic lens can achieve extremely strong field confinement, and we find that the surface-enhanced Raman scattering (SERS) enhancement factor can be up to 10(15) at the tip of the equilateral triangular nanostructures. The structure proposed here is expected to find promising applications where strong field enhancement is desired, such as optical sensing with the SERS effect.  相似文献   

20.
We demonstrate controlled squeezing of visible light waves into nanometer-sized optical cavities. The light is perpendicularly confined in a few-nanometer-thick SiO2 film sandwiched between Au claddings in the form of surface plasmon polaritons and exhibits Fabry-Perot resonances in a longitudinal direction. As the thickness of the dielectric core is reduced, the plasmon wavelength becomes shorter; then a smaller cavity is realized. A dispersion relation down to a surface plasmon wavelength of 51 nm for a red light, which is less than 8% of the free-space wavelength, was experimentally observed. Any obvious breakdowns of the macroscopic electromagnetics based on continuous dielectric media were not disclosed for 3-nm-thick cores.  相似文献   

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