表面等离子激元脉冲整流产生太赫兹电动势

为了深入地研究表面等离子(Surface Plasmon,SP)在传播方向上的太赫兹(THz)电动势,采用了在纳米线结构上对表面等离子激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)的脉冲中电子进行整流的方法,分析了SP感应引力的整流作用,讨论了SPP横向模式在长脉冲和短脉冲情况下的电动势模型。研究结果表明,脉冲整流会产生一个幅值较大的电动势,该电动势可达10 V。由于受纳米等离子的限制,在放大过程几乎是非共振的,考虑强纳米等离子限制和纵向SPP波局域条件下,整流作用在金属表面会产生更高的局域THz电场ER,其最大强度EmR=105~106V/cm。整流后SPP脉冲表现为快速,THz场频率,带宽5~20 THz的特性。SPP脉冲中THz电动势的分析对纳米级飞秒光学场的探测,半导体设备的纳米等离子激元耦合,以及非线性THz光谱研究都具有重要意义。     

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。     

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.     

MIM表面等离子激元布拉格纳米微腔

构建了一种金属-绝缘体-金属(MIM)表面等离子体布拉格波导结构,绝缘层为一维布拉格光栅结构。在布拉格光栅结构中引入缺陷,形成布拉格纳米微腔。这种纳米微腔结构可以将光子能量很好地局域在微腔中,且在金属与绝缘层界面上光子能量最强。分析了MIM波导的色散特性,获得了谐振波长为1550 nm时微腔的结构参数。同时利用时域有限差分(FDTD)方法讨论了绝缘层布拉格光栅周期数、绝缘层厚度、微腔长度对微腔品质因子Q和模式体积V的影响。通过合理的选择这些参数可以提高微腔性能,使其具有极小的模式体积V和高的Q/V值,可实现光子局域化。     

氧化锌随机激光器脊状波导外延层的设计研究

研究了ZnO薄膜脊状波导结构的光学特性,并通过在ZnO薄膜上覆盖MgO外延层方式,降低随机激光器的散射损耗。采用有限时域差分法(FDTD)数值模拟得出了仿真结果,验证了ZnO脊状波导随机激光器可以实现高度方向化出射,带有MgO外延层的ZnO脊状波导随机激光器可以避免激光的非轴向出射和降低散射损耗等特性。     

一种表面等离子体激元定向耦合器的传输特性

利用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)数值模拟了一种波导间隔金属条高度小于金属层厚度的表面等离子体激元(SPP)定向耦合器,并分析了其在基模传输时的模式场分布和能流密度分布,讨论了耦合长度、最大转移功率与间隔金属条高度的变化关系。结果表明,波导内沿纵向的能流密度在靠近间隔金属条部分的强度更大,有助于提高波导间耦合效率,并且当减小间隔金属条的高度时可以有效缩短定向耦合器耦合长度。这种亚波长定向耦合器结构可以应用在基于表面等离子体激元的集成光路中。     

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。     

表面等离子共振技术及其生物传感研究进展

表面等离子共振传感器将生物学识别机制与光电装置相结合,把生物信号转化为光电信号,非常适合于对生物分子相互作用进行动态实时研究.表面等离子共振技术具有检测过程方便快捷,灵敏度高;无需标记样品,大多数情况下,不需要对样品进行处理;能在混浊的甚至不透明的样品中进行等特点.本文以表面等离子技术为基础,分析了当前应用广泛的Kretschmann模型特点,回顾和讨论了表面等离子共振传感系统的研究概况,旨在将表面等离子共振技术及相关研究成果展示给读者.     

塞曼效应实验的计算机模拟

用计算机模拟Zeeman效应实验,不仅让学生明确了塞曼效应现象,而且让学生对应用计算机软件来辅助物理实验教学有了一个初步的认识.     

二维非球形粒子随机介质中光场的传输特性

研究了散射粒子形状改变对光波在二维随机介质系统中的传输情况的影响。基于整体散射效应模型,建立了非球形粒子作为散射粒子的二维随机介质的模型。构建了模型的Maxwell方程,采用非均匀网格划分的时域有限差分(FDTD)方法解Maxwell方程,得到了TM模在非球形粒子二维随机介质模型中的传输及空间分布。采用快速傅里叶变换(FFT)对仿真获得的数据进行频谱变换,得到光波在频域上的发射谱。与以往的研究相比较,仿真结果表明,在非球形粒子系统中,光波的电场强度与球形粒子系统中电场强度随着散射粒子浓度的增加而增加不同,而是出现振荡的现象;发射谱显示,非球形粒子系统的模式竞争强于球形粒子系统,更易于实现模式选择。