金屬-周期性介質(zhì)光學(xué)Tamm態(tài)光子器件研究.pdf

1、微納光子器件具有響應(yīng)速度快、全光操作和易于系統(tǒng)集成等優(yōu)勢(shì),在光開關(guān)、光傳感、光信息處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合金屬材料及微納結(jié)構(gòu)激發(fā)的表面等離子體,能夠克服衍射極限,極大增強(qiáng)局部光強(qiáng),實(shí)現(xiàn)對(duì)光亞波長(zhǎng)量級(jí)的操作,這為降低器件尺寸,制作高速、低閾值的新一代光子器件開辟了新途徑。
　　作為一種新型金屬表面等離子體,光學(xué) Tamm態(tài)激發(fā)條件更易于滿足,并且具有更強(qiáng)的光場(chǎng)局域性,這都有利于提升器件性能及拓展新功能和新應(yīng)用,相關(guān)研究具有

2、重要的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。本文利用新型結(jié)構(gòu)中光學(xué) Tamm態(tài)的新特性,設(shè)計(jì)了一種新型光子器件,具體內(nèi)容如下:
　　首先,本文介紹了這種特殊的金屬表面態(tài)——光學(xué) Tamm態(tài)的基本概念,并對(duì)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了重點(diǎn)描述。
　　其次,本文介紹了光學(xué) Tamm態(tài)的形成機(jī)理和理論模型,并運(yùn)用自洽理論與改進(jìn)型的傳輸矩陣法結(jié)合,提出了一種優(yōu)化的仿真方法。以金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)為例,對(duì)反射譜及電場(chǎng)分布進(jìn)行研究。結(jié)果表明:在

3、反射譜中存在與光學(xué) Tamm態(tài)對(duì)應(yīng)的凹峰;通過分析不同波長(zhǎng)電場(chǎng)分布,發(fā)現(xiàn)凹峰波長(zhǎng)處的光主要局域在金屬與分布式布拉格反射鏡的界面附近。
　　然后,引入分布式布拉格反射鏡中心波長(zhǎng)的失配,將物理模型擴(kuò)展成非對(duì)稱分布式布拉格反射鏡-金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu),研究該新型結(jié)構(gòu)中雙 OTS態(tài)的產(chǎn)生機(jī)理及其隨工作參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):失諧量?變化時(shí),兩 OTS本征波長(zhǎng)均出現(xiàn)紅移;引入不對(duì)稱機(jī)制后,可以控制兩OTS的強(qiáng)弱,即電場(chǎng)強(qiáng)度在金屬與

4、介質(zhì)兩個(gè)界面附近重新分配;該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)中入射角可以控制OTS在某一個(gè)或兩個(gè)界面的激發(fā)。
　　最后,在非對(duì)稱分布式布拉格反射鏡-金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)中,引入非線性Kerr介質(zhì),通過改變分布式布拉格反射鏡周期數(shù)、失配量以及金屬薄膜厚度,找到一種OTS增強(qiáng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),極大提高了Kerr介質(zhì)的中非線性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新的低閾值全光雙穩(wěn)邏輯控制器件,即在OTS的兩個(gè)特征波長(zhǎng)附近分布引入泵浦光和探測(cè)光,利用泵浦光功率、入射