领结形中空表面等离子体波导的传输特性

设计了一种领结形中空表面等离子体波导.采用频域有限差分法,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工作波长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上下突起所形成的中间区域.通过调整几何参数及工作波长,可以调节模式的有效折射率、传播长度和模式面积.在工作波长确定的条件下,有效折射率随突起半径的增大呈减小趋势,而传播长度和模式面积则随着突起半径的增大呈增大趋势,四个角上的圆弧半径对波导的传输特性有微调作用,左右扇形区域的半径对波导的传输特性有较明显 关键词： 集成光学 光波导 表面等离子体波导     

双椭圆纳米金属棒构成的表面等离子体波导的传输特性分析

设计了一种双椭圆纳米金属棒表面等离子体波导,采用频域有限差分法,对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率和传播长度随几何结构参数和工作波长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椭圆金属棒所形成的中间区域,且越靠近金属棒的弧形边,沿纵向的能流越大.通过调节两个金属棒的中心距离以及它们的两个半轴的大小,可以调节模式的有效折射率和传播长度.在工作波长确定的条件下,相对于a=b的情形来说,在a<b时,场与金属表面接触的面积较大,场 关键词： 集成光学 光波导 表面等离子体波导     

共面蝴蝶结混合表面等离子体波导模式特征研究

基于传统纵向蝴蝶结混合表面等离子体波导(BTHPW),提出一种共水平面BTHPW集成光波导结构,是由半导体硅肋和金属Ag肋两种波导对放在一个SiO_2基底面上构成,采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,分析该波导传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何尺寸的变化规律。结果表明,该波导模式具有传播损耗较小同时又较强光限制能力的特点,最长传播距离可达108μm,最小有效模面积可达λ~2/3000左右。该波导结构制作工艺简单,并可应用于高灵敏度折射率传感器和微纳米光子集成器件等领域。     

非线性介质的表面等离子体波导设计和优化

设计了一种基于非线性介质Si-NC/SiO2的混合表面等离子体波导,利用有限元方法定量分析了这种波导所支持基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和有效面积与几何结构参数以及非线性介质的依赖关系.分析结果表明,光场主要被限制在非线性区域,通过调节非线性层的厚度以及非线性比例因子,可以实现模式的有效折射率和传播长度等传输特性参数的调节.固定非线性介质比例因子,有效折射率和传播距离随非线性层厚度增加而增大;固定波导尺寸,有效折射率随比例因子增大而增大,传播距离和有效面积较小.最后,根据分析结果对非线性效应进行优化,优化后波导最优结构尺寸为波导宽度为250nm,非线性材料层厚度为100nm,硅层厚度为150nm.     

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.     

一种硅基金属狭缝表面等离子体波导的设计

设计了一种适用于光电子集成电路的表面等离子体波导结构.利用三维全矢量时域有限差分法对该波导结构进行了数值模拟,并分析了其在基模传输时的模式场分布与金属结构顶角的关系以及其能量限制性.研究了该波导结构在不同金属材料下的有效折射率和传播长度对芯层宽度的依赖关系,讨论了两个该波导结构之间的耦合长度、最大转移功率和彼此间的串扰.结果表明:光场被高度限制在芯层区域,在金属结构顶角为135°时,其能量限制因子更高;在金属材料确定的情况下,有效折射率随芯层宽度增大而减小,而传播长度增大;在芯层宽度一定的条件下,两个波导结构间的耦合长度随波导间距增大而增大,最大转移功率和串扰随波导间距增大而减小.     

一种低损耗的对称双楔形太赫兹混合表面等离子体波导

本文研究了一种适用于太赫兹频段的对称双楔形混合等离子体波导.采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,阐述了波导的传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何参数的变化规律.结果表明,对称双楔形混合等离子体波导在太赫兹频段可获得良好的模场约束能力和低损耗特性,在有效模场面积达到λ2/10280时,传播长度达到51 × 103 μm.波导参数最优时的平行对称楔形波导在忽略波导间串扰时,波导间距小于16 μm时的耦合长度约为8958 μm.通过对比发现,相比于先前的对称微楔形波导结构和对称蝴蝶结波导结构,对称双楔形混合等离子体波导在传输特性和耦合特性方面都具有更大的优势,将在光学力捕获、生物分子传输以及高密度集成电路设计等方面具有潜在的应用前景.     

双平行圆柱形MDM纳米棒等离子体波导的传输特性分析

设计了一种由双平行圆柱形纳米棒构成的金属-介质-金属(MDM)型等离子体波导,采用时域有限差分方法(FDTD)分析了波导结构的传输特性。当光波垂直主轴入射时,电磁场被很好地局限在两纳米棒所形成的中间区域以及介质层中,从而在该波导中能够有效地耦合电磁场能量。在工作波长为1 550 nm的情况下,随着内层金属芯半径的增大,有效折射率减小,传播距离增大;而中间介质层厚度增大时,有效折射率增大,传播距离减小。当外层金属壳厚为20 nm时,电场可以很好地被限制在纳米棒的介质层内。上述结果表明:通过调整波导结构的几何参数可以显著提高金属纳米棒的场限制,降低波导本身的损耗, 使波导的有效折射率和传播长度达到最优化。这种等离子体波导能够实现亚波长的光限制,可以应用于光子器件集成和传感器领域。     

紫外表面等离激元在基于氧化锌纳米线的半导体-绝缘介质-金属结构中的输运特性研究

研究了紫外表面等离激元在半导体纳米线-绝缘介质-金属构成的波导结构中的输运问题,借助有限元方法,对这种波导所支持导模的电磁能分布、有效折射率、传播长度和有效模场面积随电磁参数和几何结构参数的依赖关系进行了分析.计算结果表明:以氧化锌纳米线作为增益介质,绝缘材料选择折射率小的空气,金属选择铝能够实现对输出光场的亚波长约束,有效模场面积达到λ2/100,同时保持低的传输损耗和高场强限制能力;有望用作纳米光源,使得相关的生物探测器件和医疗诊断设备实现更高的灵敏度和更小的体积.     

涂覆双层石墨烯的介质纳米线表面等离子体光波导的模式特性研究

设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。利用有限元法(FEM),数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积以及品质因数等模式特性的影响。结果表明,这种新型的混合表面等离子体光波导具有很强的模式束缚能力,归一化模式面积非常小,可以实现极高密度的器件集成,并且传输损耗较低。     

Rigorous solution of a problem for a cylindrical cavity containing a ferrite and a dielectric

A rigorous solution is given for modes of TM_nmo type. The complex resonant frequency _n is expressed via a transcendental characteristic equation. Some particular cases are discussed.Read at the Third All-Union Conference on Ferrites, Leningrad, 23 October 1963.     

Solving a relativistic quasipotential equation for a superposition of a nonlocal separable and a local quasipotential

Within the relativistic quasipotential approach to quantum field theory, a method is developed for solving a finite-difference quasipotential equation for the case where a total quasipotential describing the interaction of two relativistic spinless particles of unequal masses is a superposition of a nonlocal separable and a local quasipotential. The cases are investigated where the local component of the total interaction—it is assumed to be known—either admits or does not admit the existence of bound states. This makes it possible to obtain an exact expression for the increment of the phase shift, to determine the conditions of the existence of bound states, and to give a generalization of the Levinson theorem.     

Tunnelling process between a semiconductor or a metal and a polymer

The tunnelling lifetime of an electron lying in a p-type orbital localised at a given distance from a semiconductor or a metal is calculated by using Bardeen's method. It is then shown that even in the absence of broad bands, the hole injection process from semiconductors and metals into polymers should follow a Fowler-Nordheim dependence, provided that the current is not bulk-limited. In the semiconductor case, the current can be expressed by a fully analytical formula, and by an approximate one in the case of a metal. It is demonstrated that the effective Fowler-Nordheim barrier is not the mere difference between the metal work function or the semiconductor electron affinity and the HOMO level of the polymer, but a simple function of both levels. Received 6 April 2001 and Received in final form 29 May 2001     

Formation of a bistructure of a solid in a computer experiment

Molecular-dynamics was used to investigate the structural changes occurring in a three-dimensional solid when the solid is transferred from an amorphous into a crystalline state. Crystal cells of a new type — pentadecahedrons with five square lateral faces and ten regular triangular faces at the vertices of a cell — were found for the first time in a computer experiment. It is shown that a bistructure consisting of crystal cells of different types, including cells with five-fold symmetry axes, are stable in the solid. Fiz. Tverd. Tela (St. Petersburg) 40, 1919–1924 (October 1998)     

Modeling a waveguide with a nonlinear insert with a quadratic nonlinearity

The scalar problem of the scattering of a wave from a nonlinear insertion lying in the interior of a waveguide is reduced by the incomplete Galerkin method to the boundary value problem for a Hamiltonian system. The cases in which this problem admits a solution in finite terms are indicated. Examples are given to illustrate specific phenomena due to the nonlinearity of the problem.