表面等离激元与磁表面等离激元

金属微纳结构体系中的表面等离激元以及磁表面等离激元因其独特的光学特性吸引了研究者们的极大兴趣,成为当前的热点研究领域之一.文章对表面等离激元尤其是磁表面等离激元的特点、基本现象、新颖效应及其应用研究前景的最新发展进行了介绍.     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

表面等离激元——机理、应用与展望

等离激元光子学(plasmonics)的研究内容是金属纳米结构独特的光学性质及其应用.随着纳米科技的进步,等离激元光子学已经迅速发展成为一门新兴学科,在生物、化学、能源、信息等领域具有重要的应用前景.文章主要介绍表面等离激元(surface plasmons,SPs)的一些基本物理性质,包括局域的表面等离激元(localized surface plas-mon,LSP)和传导的表面等离激元(propagating surface plasmon polariton,SPP),文章还介绍了表面等离激元的几个重要的应用方向,例如生物/化学传感器、表面等离激元激光、光开关器件以及表面等离激元光逻辑运算,等等.     

基于偏置纳米线的石墨烯表面等离激元调制器

开发高性能的电光调制器对于构建片上光子回路非常重要.鉴于纳米线结构具备独特的电场横向束缚特点,设计一种基于纳米线的混合表面等离激元波导电光调制器,该调制器由偏置双硅纳米线、双石墨烯层以及置于双石墨烯层之间的银纳米线构成.利用二维时域有限差分算法计算分析结构参数对器件调制性能的影响.模拟结果表明,所设计的调制器在1550...     

表面等离激元共振

表面等离激元共振是一种探测金属表面变化的敏感探针，它可以对转移到金（Ａｕ）膜表面的有机单分子层膜进行测量，测量的装置是以衰减全反射为实验基础的。     

人工表面等离激元超材料

以微带为代表的传统微波传输线无法精细操控电磁模式,因此传统电子信息系统在空间耦合、动态响应和性能鲁棒性等方面存在瓶颈.人工表面等离激元(SSPP)超材料可打破上述瓶颈,是光学与信息领域的研究热点之一.人工表面等离激元超材料是一类模拟光频段表面等离激元特性的新型超材料,可在微波和太赫兹频段精细操控表面波,具有与平面电路相...     

表面等离激元增强型光电探测器研究进展

光电探测器可以实现光信号到电信号的转换,在工业、军事、医疗等领域已展现出巨大的应用价值。但是,传统的平直型光电探测器捕获线光的能力较弱,一定程度上限制了响应率等性能指标的进一步提高。而基于贵金属纳米结构的表面等离激元共振可以急剧增强近场区域的(纳米尺度)电场强度和对线光的捕获能力,大幅度地提高光电探测器性能。本文首先介绍了表面等离激元的基本原理。随后,详细介绍了金属纳米颗粒、金属光栅等不同结构的表面等离激元增强型光电探测器研究进展。最后,总结全文并针对表面等离激元增强型光电探测器的发展前景做出了展望。     

基于LabVIEW的表面等离激元共振测量液体折射率

利用LabVIEW编写硬件控制软件,搭建了基于表面等离激元共振原理的光强探测型液体折射率测量实验平台.实验测量纯水和纯酒精的表面等离激元共振的共振角分别与理论计算数据相吻合,证明该系统测量的共振角数值能正确地反映液体折射率的变化.利用该系统测量了不同浓度的酒精-水混合液的折射率.     

表面等离激元线光栅的有限元法研究

近几年,随着光栅和表面等离子体激元的相关理论和研究的进一步深入,基于表面等离激元光栅问题引起广泛关注。随着器件微型化、高集成化的发展,表面等离激元凭借其自身独特性质,对于以光栅为基础的器件的研究发展做出了巨大贡献。本文基于有限元法对表面等离激元光栅进行研究,通过COMSOL软件对介质基板上线光栅入射的平面电磁波进行了有限元仿真建模和分析,计算了横电波TE波和横磁波TM波的折射、镜面反射和一阶衍射的透射和反射系数。研究结果显示所有系数之和始终小于1,TE波入射时镜面反射系数的值随入射角而相对稳定地增大,当TM波入射时这种情况更加明显,大约一半的波被导线吸收,TM波的另一个重要特征是50～60°附近几乎不发生镜面反射。     

一种基于导模共振的电光调制器研究

实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式,在棱镜上面镀有4层膜,依次为银膜下电极-极化聚合物-缓冲层-金膜上电极。对这种衰减全反射（ATR）型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验,采用静态偏置电压稳定模式同步角方法,结合对入射激光束进行监测,解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题,提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。     

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.     

Modeling of a surface plasmon polariton interferometer

We model the operation of a micro-optical interferometer for surface plasmon polaritons (SPPs) that comprises an SPP beam-splitter formed by equivalent scatterers lined up and equally spaced. The numerical calculations are carried out by using a relatively simple vectorial dipolar model for multiple SPP scattering [Phys. Rev. B 67 (2003) 165405]. The SPP beam-splitter is simulated elucidating the influence of system parameters, such as the angle of SPP beam incidence, scattering particle size, and inter-particle distance, on the splitting efficiency and phase difference between the transmitted and reflected beams. It is found that the splitting efficiency is very sensitive to the size of scatterers and angle of incidence. Comparing our simulations with experimental data available in the literature, we conclude that this approach can be used, with certain limitations, for modelling of SPP components assembled of individual scatterers, e.g., beam-splitters and interferometers, and suggest further improvements of the model used.     

表面等离子体激元纳米集成光子器件

纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备.表面等离子体激元（SPPs）是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外,还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点.基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础,成为目前国际上的一个研究热点.文章对基于SPPs的纳米集成光子器件的最新研究进展和研究成果进行评述.     

表面等离子体激元纳米集成光子器件

纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备.表面等离子体激元（SPPs）是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外,还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点.基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础,成为目前国际上的一个研究热点.文章对基于SPPs的纳米集成光子器件的最新研究进展和研究成果进行评述。     

Surface plasmon polariton amplification in semiconductor–graphene–dielectric structure

A mechanism of amplification of surface plasmon polaritons due to the transfer of electromagnetic energy from a drift current wave into a far‐infrared surface wave propagating along a semiconductor‐dielectric boundary in waveguide geometry is proposed. A necessary condition of the interaction of these waves is phase matching condition, i. e., when the phase velocity of the surface wave approaches the drift velocity of charge carriers. It is shown that in the spectral region of the surface plasmon polariton slowing‐down its amplification coefficient can reach values substantially exceeding the ohmic loss coefficient of the surface wave in the structure.

     

基于长周期光栅的有机聚合物高速电光调制器

结合长周期光栅的特性和有机聚合物的优点,首次提出了一种新型的基于长周期光栅的有机聚合物高速电光调制器结构。应用多层光波导理论,分析计算了聚合物折射系数变化与长周期光栅谐振波长的关系。在此基础上进行了模拟实验,结果表明理论分析与实验基本一致。     

基于石墨烯加载的不对称纳米天线对的表面等离激元单向耦合器

本文设计并数值研究了一种石墨烯加载的不对称金属纳米天线对结构.利用石墨烯费米能级的动态调控特性,实现了电控表面等离激元的单向传输.类似于传统的三明治型纳米天线结构,设计的不对称金属纳米天线对结构可以等效为两个共振的磁偶极子,由于磁偶极子辐射电磁波的干涉,将导致单向传输效应.通过计算腔中的电场分布,发现石墨烯的调谐能力与石墨烯区域的电场强度成正比关系.以上现象都可以通过等效电路模型进行理论解释.此外,该结构具有小尺寸、高效率、宽带宽和易于光电集成等优点,在未来的光子集成与光电子学领域将具有重要的应用.     

金属导线偶合THz表面等离子体波

利用THz时域光谱技术,研究了具有不同排列参数的金属导线阵列的透射特性,分析了金属导线半径,排列间隔以及入射电场的偏振方向对表面等离子体波产生和传播的影响.在具有等间隔缝隙的金属导线中,当电场偏振方向垂直金属导线时,透射信号受等离子模式和谐振腔模式的共振效应的影响;而当电场偏振平行金属导线时,只存在谐振腔模式的共振. 关键词： THz 时域光谱 铜导线 表面等离子体     

Analysis of waveguide structure for surface plasmon polariton interference

This paper describes a multi-reflected mode based on a narrow waveguide to enlarge the interferential area of surface plasmon polaritons (SPPs). A reasonable thickness of metal film is coated under the waveguide, the incident angle and the waveguide thickness are optimized in order to effectively increase interferential area. This is a key point for research into the Goos--H\"anchen shift to optimize the waveguide thickness. Finally, the SPP interferential field is simulated with the finite-difference time-domain (FDTD) technique to prove the optimized results, and indicates that not only is the interferential area enlarged, but the high contrast is also maintained. Furthermore, the mode can fabricate some specific interferential patterns by adding some modulating techniques to the waveguide. So the mode has potential application in the fabrication of sub-wavelength patterns.