介质加载石墨烯等离子体波导传输特性北大核心CSCD

设计了一种介质加载石墨烯等离子体波导,研究了不同结构尺寸的波导模场分布及传输特性。仿真结果表明,当石墨烯的化学势为0.7eV、波导脊宽度和脊高度均为1000nm时,介质加载石墨烯等离子体波导的模式宽度达到最小值1.55μm,传播长度达到43.47mm。该介质加载石墨烯等离子体波导不仅可以满足波导设计的要求,也为纳米器件的长距离传输提供了可能。     

条形介质加载型表面等离子体波导传输特性的研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析对比了 介质-金属(IM)结构和金属-介质-金属(MIM) 结构波导对光波传输特性的影响,以及通过对IM结构的尺寸、折射率进行优化得到最佳传 输长度。数值 结果表明,IM结构波导能使光波传输距离更长。对IM波导结构研究发现,当介质层厚为 300nm,金属 层厚为200nm时,传输效果最佳。基于这个参数的IM结构,计算介质 层折射率对IM波导光传输特性的影响发现,介质层折射率为1.5时, 在模场约束较好的情况下,传输损耗降低,表面等离 子体波的传输长度最长。整体优化后的条型波导可以实现最大传输距离为37μm。这一设计和优化波导结构 参数的方法不仅拓宽了介质加载型表面等离子体激元(SPP)波导结构的理论基础,在纳米光 学集成器件研究上也具有一定的应用潜能。     

金属脊-三角形半导体型混合表面等离子体波导研究

提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构,基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析。主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数。结果表明：在工作波长为1550nm时,通过优化参数,其有效模场面积达到0.00193,传输长度为37.7um,质量因数为4853,该结构具有较低的损耗。与金属平板混合波导结构相比,本文设计的结构具有更大的质量因数,更强的光场限制能力,波导的综合性能更好。这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔的应用前景。     

脊背型介质加载表面等离子体波导传输特性研究

为降低传输过程中的损耗,加强介质加载等离子体波导的模式场约束,并且优化等离子体波导的传输性能,对基于介质加载的表面等离子体波导的传输特性做了进一步的研究,设计了一种脊背型介质加载等离子体波导,并对其模式场分布及其传输参数随波导中的几何参数与电磁参数的变化关系做了相应的研究。仿真结果得出:基模的电场分量主要分布在该结构的金属/介质层1界面。该模式的传输特性,随着该波导的几何参数的变化而发生相应改变,因而可以通过改变这种结构的几何参数,对场实现有效控制,使其局域性明显增强。     

带有增益介质包层的两个平行圆柱形纳米金属棒构成的表面等离子体光波导的数值模拟

设计了一种带有增益介质包层的两个平行圆柱形纳米金属棒构成的表面等离子体光波导,基于频域有限差分法,对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和电磁参数的依赖关系进行了分析。结果表明,沿纵向的能流主要分布在两个圆柱形金属棒所形成的中间区域。通过调节这种波导的几何参数及电磁参数,可以调节模式的传播特性。在增益介质的辅助下,传播距离明显增大。这种表面等离子体光波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域。     

方波导介质加载的特性分析

本文分析了介质加载方波导中模式的传播和截止特性,给出了有关的计算曲线,讨论了方波导移相器的带宽特性及工程设计中应该注意的一些问题。     

半导体增益介质对MSM 等离子体波导的传输损耗补偿研究

为了深入地研究在紫外波长范围内利用增益介质补偿等离子传输损耗,设计了具有半导体增益介质的金属-半导体-金属（Metal-Semiconductor-Metal,MSM）等离子体光波导结构。基于时域有限差分法（FDTD）,对该波导结构的传输损耗、有效折射率随几何结构的依赖关系进行了分析。进一步研究了利用II-VI 族半导体ZnO 作为增益介质时的无损传播条件。结果表明,当ZnO 宽度为80 nm 时,MSM 等离子波导可以实现紫外波长范围的无损传播;当ZnO 宽度大于80 nm 时,传播增益明显大于损耗,可以实现等离子极化波的传播放大,为表面等离子体基元纳米激光器技术提供理论依据。     

双层介质加载等离子体微环的高灵敏生物传感

为了提高介质加载表面等离子体的传输距离,提出了基于双层介质加载的表面等离子体波导结构。利用有限元方法研究了介质加载的表面等离子体波导的模场分布及传输特性,并对其传感应用的波导灵敏度进行了分析。研究表明, 当低折射率介质厚度占波导总厚度的33%时,传输距离是单层介质加载表面等离子体波导的2.4倍。利用该波导结构组成的微环谐振腔被用于生物传感研究,其传感特性分析表明,传感灵敏度为411 nm/RIU,检测极限为1.210-5 RIU。双层混合介质加载表面等离子体波导的设计和研究为其进行无标记生物传感应用提供了有价值的指导。     

介质加载对频率选择表面传输特性影响的实验研究

通过实验测试,从介质厚度、加载方式以及各参数对入射角的敏感性等方面,初步探讨了介质加载对频率选择表面(Frequency selective surfaces,简称FSS)传输特性的影响．结果表明,介质加载使FSS的谐振频率降低;加载不同厚度的介质对FSS的透波率和谐振频率影响不同;对称加载介质能提高FSS传输特性对入射角的稳定性．     

单轴介质加载槽波导的色散特性

本文讨论了各向同性介质填充或部分填充槽波导的分区谱域导抗法,利用文献[7],直接半分区谱域导抗法应用到单轴各向导性介质。对单轴介质加载槽波导的色散特性进行分析,给出了数值结果。     

Energy intensity analysis of modes in hybrid plasmonic waveguide

A hybrid plasmonic waveguide containing silicon core,silver cap and ultra-thin sandwiched SiO2 layer is studied.By analyzing the mode distribution patterns and the curves of mode effective index,we sho...     

基于并行FDTD方法分析表面等离子波导的特性

设计了一种双L形表面等离子体矩形环谐振器波导,采用并行时域有限差分方法,对这种波导的传输特性随几何结构参数的依赖关系进行了分析.计算结果表明通过改变输入/输出光波导的结构参数,可以调节该波导的消光比和频率选择特性.该波导结构能够有效地抑制后向辐射干扰并且大幅度地提高其场消光比,这使得此类谐振器结构更具有功能性.     

填充介质倒梯形脊波导截止特性的有限元分析

为了寻找最佳截止特性的填充介质脊波导结构,提出了填充介质倒梯形对称双脊波导.采用有限元法借助MATLAB软件计算了填充介质倒梯形对称双脊波导在TE模式下的截止特性,即主模截止波长和单模带宽.绘制出主模场结构图,并分析脊波导截止特性与填充介质相对介电常数之间的关系,给出了关系曲线图.这些结果将对填充介质波导的设计和工程应...     

基于FDTD的表面等离子体慢光波导传输特性分析

表面等离子体可以在亚波长尺度上实现对可见光及红外光的控制处理,对光集成的发展有巨大的推动作用。设计了金属一介质一金属结构的表面等离子光波导,利用时域有限差分法（FDTD）对其色散特性、群速度、场强分布进行分析。结果表明,在一定的频率范围内,此结构的光波导可以支持慢光模式,且群速度色散较小,可有效控制光脉冲的畸变,保持信号的完整性。     

硅基结构混合等离子激元波导模式特性的数值研究

首先建立了一种由相同宽度的金属带,SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型,分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响,提出了模场面积为0.08 m2与430 m传输距离的设计方案.在此基础上,通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构.数值分析结果表明:硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8,同时传输长度能够延长到1.74 mm.并且模场面积可以进一步压缩到0.025 m2.此外,硅基板CGS波导制作更加简便,并可采用现有COMS制作技术完成,进而具有较大的实用前景.     

增加表面等离子体波导中慢光的传播长度研究

因为金属内部的吸收损耗,表面等离子体波导的应用受到了阻碍.通过在电介质芯中引入非线性材料,提出了参量增益机制来补偿纳米尺寸金属-绝缘体-金属(MIM)波导中的传输损耗.有限差分时域法( FDTD)进行仿真结果表明,使用此方法群速度为0.005c的慢光的传播长度显著增加到为原来的四倍.     

CHARACTERISTICS OF CYCLOTRON AUTORESONANCE MASER WITH A LARGE-ORBIT ELECTRON RING IN A PARTIALLY DIELECTRIC-LOADED WAVEGUIDE

The cyclotron autoresonace masers with a large-orbit electron ring in a dielectric-loaded waveguide have been analyzed.The stability properties are investigated self-consistentlyon the basis of the linearized Vlasov-Maxwell equations.The numerical results show that thedielectric liner can greatly reduce the energy of the electron beam,and a novel effective radiationdevice with low electron beam energy in the millimeter and submillimeter wave region have beenproposed.     

Low-threshold lasing in a plasmonic laser using nanoplate InGaN/GaN

Plasmonic nanolaser as a new type of ultra-small laser,has gain wide interests due to its breaking diffraction limit of light and fast carrier dynamics characters.Normally,the main problem that need to be solved for plasmonic nanolaser is high loss induced by optical and ohmic losses,which leads to the low quality factor.In this work,InGaN/GaN nanoplate plasmonic nanolaser with large interface area were designed and fabricated,where the overlap between SPs and excitons can be en-hanced.The lasing threshold is calculated to be ～6.36 kW/cm2,where the full width at half maximum (FWHM) drops from 27 to 4 nm.And the fast decay time at 502 nm (sharp peak of stimulated lasing) is estimated to be 0.42 ns.Enhanced lasing charac-ters are mainly attributed to the strong confinement of electromagnetic wave in the low refractive index material,which im-prove the near field coupling between SPs and excitons.Such plasmonic laser should be useful in data storage applications,bio-logical application,light communication,especially for optoelectronic devices integrated into a system on a chip.     

基于表面等离子波导的面发射分布反馈量子级联激光器的分析

分析了基于表面等离子波导的面发射分布反馈量子级联激光器。通过在金属层上刻蚀二级光栅,实现了强的反馈。光的模式性质用耦合模理论来描述,其中,耦合系数从无限周期性结构的Floquet-Bloch解推导而来。基于此理论,获得了优化的面发射二级分布反馈量子级联激光器结构,其中,面耦合效率高达43%,而阈值为12 cm-1。这些结果表明,相对于基于传统介质波导的面发射分布反馈量子级联激光器（典型的值为面耦合效率17.5%,阈值增益20 cm-1）,基于表面等离子波导的面发射分布反馈量子级联激光器的性能有很大的改进。