不對稱金屬微結構的光學性能調控研究.pdf

1、受限于光學衍射極限，光子器件在小型化與集成化方面遭遇到前所未有的挑戰(zhàn)，而表面等離激元(SPs)的出現為我們解決這一問題提供了有利途徑。根據傳輸性質的不同，表面等離激元可分為表面等離極化激元(SPPs)和局域表面等離激元(LSPs)。通過在不同的金屬微結構中激發(fā)SPPs或LSPs，不僅可滿足當前光子器件對小型化與電光一體化的需求，也可實現許多具有新穎功能的光學效應。本文基于金屬微結構器件對SPPs和LSPs的光學性能及其外部調控進行相關理

2、論研究，設計了兩種可調控的微結構器件。主要內容有:
　　1.對于傳統(tǒng)的光學器件，很難通過簡單的光學器件實現圓偏振片的功能。而手性材料由于其結構的特殊性能夠獲得許多新穎的光學效應，例如:圓二向色性，不對稱透射，磁電耦合等。本文依據手性結構對不同圓偏振光的響應不同設計了一種3D金屬手性超材料。通過束縛態(tài)的電四極子與電偶極子的耦合，實現了亮亮模式的電磁誘導透明現象。此外，通過將手性引入結構，實現了左右旋圓偏振光選擇性激發(fā)電磁誘導透明現象

3、，進而為納米量級的圓偏振片的實現提供了理論可能。
　　2.高效的、可集成的等離激元光源在未來的光子集成中將占具很重要的作用，而受限于現有的微加工技術，實驗上一直很難加工完成。在這里，結合石墨烯費米能級的可調控特性，本文設計了一種石墨烯加載的不對稱金屬納米天線結構，實現了電控表面等離激元(SPPs)單向傳輸。相較于傳統(tǒng)的等離激元單向設備，該設備可以通過微調的方式來彌補實驗上的誤差。同時還具有寬帶寬、單電壓調控、易于集成等優(yōu)點。這種可

4、調諧的等離激元光源將在未來的光子集成與光電子學領域將具有重要的應用價值。
　　3.理論及實驗上初步嘗試了如何利用SPPs較強的局域場特性實現高調制深度的石墨烯調制器，以及高響應度的SPPs石墨烯探測器。根據石墨烯對SPPs縱向場不吸收而僅吸收橫向場的特點，設計了一種波導陣列結構將原有的SPPs場翻轉，相較于已有的石墨烯SPPs的調制器，其調制深度提高了一個數量級，最后基于以上分析提出了一種石墨烯光探測結構并對其進行簡要的理論分析。