狹縫光波導(dǎo)光耦合增強(qiáng)研究.pdf_第1頁
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1、現(xiàn)代光學(xué)器件正朝著集成化,高速化,節(jié)能化方向發(fā)展。狹縫波導(dǎo)作為一種具有高局域性,高強(qiáng)度的光子器件,受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注和研究,在傳感器、光學(xué)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)和納米光子器件等領(lǐng)域具有重要潛在應(yīng)用。
  本文首先分析表面等離激元的基本理論,討論了時(shí)域有限差分法和光波段的金屬色散模型,在此基礎(chǔ)上研究狹縫波導(dǎo)和Ⅴ型溝槽波導(dǎo)的光傳輸特性,提出了一種有效提升光波導(dǎo)中光限域的方法,揭示了光柵對(duì)光耦合增強(qiáng)的作用本質(zhì)。提高介質(zhì)狹縫波導(dǎo)的光耦合作用通常

2、采用增大納米線的介電常數(shù)或者減小狹縫區(qū)域內(nèi)的介電常數(shù)的方法,這種傳統(tǒng)方法雖然可以增強(qiáng)狹縫區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng),但是狹縫中的磁場(chǎng)并沒有得到相應(yīng)增強(qiáng)。本文在兩根硅納米線的狹縫兩邊覆上了一層周期性銀膜,不僅可以顯著提高狹縫內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度,而且磁場(chǎng)也得到了有效的增強(qiáng),從而狹縫內(nèi)的光能流提高了3倍。這種平行的金屬光柵結(jié)構(gòu)橫向放置時(shí),光場(chǎng)的增強(qiáng)隨著狹縫寬度的增大而逐漸減弱,隨著光柵間隙寬度的增大,狹縫內(nèi)電場(chǎng)先增加后減小,當(dāng)光柵間隙寬度約為入射光波長(zhǎng)的0.01

3、倍時(shí),電場(chǎng)增強(qiáng)最大。通過電磁場(chǎng)理論分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)光柵間隙寬度約為0.01波長(zhǎng)時(shí),平行光柵的等效介電常數(shù)最小,導(dǎo)致光場(chǎng)耦合作用最強(qiáng)。平行金屬光柵縱向放置時(shí),其光場(chǎng)增強(qiáng)作用表現(xiàn)出了不同的規(guī)律,隨光柵間隙寬度增大,狹縫內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)逐漸減弱,當(dāng)間隙約為5nm時(shí)增強(qiáng)作用開始失效。光場(chǎng)耦合最強(qiáng)時(shí)對(duì)應(yīng)的光柵等效介電常數(shù)最小。
  在平行狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,研究了Ⅴ型溝槽波導(dǎo)的光傳輸特性,發(fā)現(xiàn)金屬光柵結(jié)構(gòu)對(duì)溝槽內(nèi)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)均有顯著增強(qiáng),與平行狹縫

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