非線性可調諧表面等離激元器件的研究.pdf

1、表面等離激元可以實現(xiàn)將電磁波束縛在亞波長尺度，打破了光固有的衍射極限，使得在納米尺度操控光波成為可能，并且在多種學科中有著前所未有的重要的應用，這一研究領域被統(tǒng)稱為Plasmonics。在貴金屬比如金和銀以及一些新興的材料比如石墨烯中支持具有較低損耗的表面等離激元。實現(xiàn)可調諧表面等離激元器件是近些年來表面等離激元研究領域的一個熱點。表面等離激元現(xiàn)象會使在金屬附近的電磁場得到顯著的增強，從而可以讓一些光學非線性效應在較低的功率下實現(xiàn)。本文

2、主要針對表面等離激元在幾種不同結構中的導波、非線性效應以及可調諧表面等離激元器件的應用進行了一系列深入的理論和仿真研究。本論文取得的主要研究成果與創(chuàng)新點如下:
　　1.提出了一種基于石墨烯包覆介質納米線表面等離波波導，其無邊緣結構的特點可以避免類似于石墨烯納米帶的不規(guī)則邊緣帶來的散射損耗，實現(xiàn)低損耗的傳輸石墨烯表面等離波。建立了石墨烯包覆納米線中表面等離波模式的解析模型，深入研究了石墨烯包覆納米線的各項參數(shù)對色散特性的影響。利用一

3、種半解析方法提出了高階表面等離波模式的截止條件。
　　2.提出并研究了石墨烯包覆納米線對中的二次諧波產生。通過非共軛洛倫茲互易性定理建立了用于描述二次諧波產生過程的非線性耦合模方程。詳細分析了石墨烯包覆納米線對中的表面等離波模式特性，利用模式相位匹配的方法實現(xiàn)了高效的二次諧波產生，而且相位匹配條件可以通過控制石墨烯包覆納米線對的間距在不同頻率處實現(xiàn)。
　　3.提出并研究了在一對單模石墨烯包覆納米線中的非線性定向耦合的效應。通

4、過非共軛洛倫茲互易性定理建立了用于描述非線性耦合過程的非線性耦合模方程。在單模石墨烯包覆納米線對中的耦合行為可以通過輸入光功率來控制。
　　4.提出并研究了一種基于石墨烯Split-Ring諧振腔的可調諧表面等離波濾波器。石墨烯Split-Ring諧振腔中支持兩種具有相反對稱性的諧振模式而且兩者對于Split-Ring結構的開口方向有不同的敏感性。該濾波器的濾波特性可以通過調節(jié)石墨烯Split-Ring諧振腔的多種參數(shù)來靈活控制。

5、
　　5.提出并研究了一種基于金-空氣-金結構的縫隙Plasmonic波導的可調諧濾波器。通過在單模縫隙Plasmonic波導中引入周期性缺陷形成布拉格光柵結構。利用表面等離波模式對空氣縫隙大小的敏感性，通過在兩層金屬之間施加可變靜電場，使得金層在庫侖力的作用下產生形變來調諧空氣縫隙的大小，從而改變滿足布拉格條件的諧振波長，實現(xiàn)一種可調諧表面等離波濾波器。
　　6.提出并研究了一種在金-空氣-金波導結構中基于多模干涉效應2×