梯形通道等离子体激元亚波长光波导结构

本文提出了一种用两层金属之间的梯形空气通道作为集成光学的基本结构单元。时域有限差分法（FDTD）的模拟结果表明亚波长梯形通道等离子体激元（CPPs）波导可以有效地控制表面等离子体激元的散射损耗,提高输出端的波印廷矢量,从而实现低传输损耗和能量聚焦。本文用金属银作为波导材料,设计了一种二维梯形通道等离子体激元波导基本结构单元,利用时域有限差分法（FDTD）对其输入端口耦合效率以及梯形波导的传输效率进行模拟分析。验证了梯形通道表面等离子体激元（CPPs）波导较之矩形（CPPs）波导的优越性。     

石墨烯微米带THz SPPs的激发及场分布特性研究

表面等离激元可以突破衍射极限,具有强局域性,在传感、起偏、吸收、分束等方面具有广泛的应用前景.目前,太赫兹波段的表面等离激元器件研究大多是在远场光谱方面,其近场特性的研究有待更进一步深入.本文基于石墨烯微米带结构,研究了太赫兹表面等离激元的激发及场分布特性.本文设计了能够通过太赫兹波激发表面等离激元的石墨烯微米带结构,数值计算了其表面等离激元的场分布,并制备了石墨烯微米带器件,利用透射式太赫兹近场显微镜激发并测量了石墨烯微米带的表面等离激元,对共振失谐对等离激元场分布的影响进行了探究.研究结果为石墨烯表面等离激元器件在太赫兹生物传感、安全检测、高数据率通信等方面的应用提供了相关指导.     

凹槽结构导致的表面等离激元与波导模式转换特性研究

理论研究了在电介质覆盖金属波导体系中,表面缺陷结构导致的表面等离激元模式与波导模式间的相互耦合机制。在电介质层表面引入一维凹槽结构,利用凹槽结构对入射光波的散射,可以实现表面等离激元模式与波导模式间的相互转换。模式转换效应会导致在结构透射谱上出现新的能带。通过广义Fresnel公式解释了该附加能带的形成机制。利用该模式转换特性,可以实现表面等离激元模式和波导模式的方向性激发。这些结果在二维光子学器件,如布拉格反射镜、分束器和光互连中有着潜在的应用。     

GaAs／AlGaAs周期折射率光波导光学表面模

应用周期折射率介质光波导的模场分布函数和特征方程，分析了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ周期折射率光波导中波导的材料参量和结构参量对ＴＥ模场分布的影响，并讨论了ＴＥ＿０表面基摸的形成。     

左手材料上表面等离子体激元的研究

针对存在于半无限左手材料表面上的表面等离子体激元,研究其p型极化时的色散关系;通过棱镜耦合得到衰减全反射谱,论证实验上观察表面等离子体激元的可能性;分析各种参数对实验观察p极化表面等离子体激元的影响,发现不同的参数对表面等离子体激元与隐失波的共振频率及共振强度均有着不同影响。     

渐变折射率波导中的等效折射率分析

渐变折射率波导的表面折射率对确定波导的折射率分布起着关键的作用,而用传统的m-线方法又不能确定。本文利用分析转移矩阵方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波,提出了一种确定波导的等效折射率的实验方法。分析结果表明,利用这种方法得到的等效折射率近似等于波导的表面折射率。     

基于石墨烯复合薄膜的等离激元传感研究进展

 做为由单层碳原子紧密堆积而成的六边形蜂窝状二维晶体,石墨烯具有高载流子迁移率、良好的生物兼容性和优异的化学稳定性。本文简要综述了石墨烯-金属纳米粒子复合薄膜在表面增强拉曼散射研究进展,以及石墨烯等离激元的激发方式和传感性能。在可见光波段,石墨烯和金属纳米粒子之间的耦合使复合薄膜具有强的光学吸收和局域电场增强,从而使复合薄膜可以作为高灵敏的表面增强拉曼基底。在中红外波段,除可以利用石墨烯微纳结构激发等离激元,还可以对介电基底进行微纳加工利用波导模式激发,使得石墨烯等离激元可能用于折射率传感。讨论了石墨烯基复合薄膜研究过程中面临的机遇和挑战,展望了其在表面增强拉曼和传感方面的应用前景。     

表面等离激元波导中表面等离激元二次谐波的产生机制

在表面等离激元波导的二次谐波产生过程中, 波导较大的色散导致的相位失配阻碍了其实际应用, 能够消除相位失配的波导尚未见实验报道。通过将单层二硫化钼与平面表面等离激元波导相结合, 在波导中实现从基频表面等离激元到倍频表面等离激元的转化, 并研究单层二硫化钼-银结构的二次谐波产生特性, 为表面等离激元波导中二次谐波产生的实际应用打下基础。     

基于人工表面等离激元的天线赋能技术

针对现有天线尺寸对材料属性的过度依赖、天线隐身与辐射性能的固有矛盾、以及天线波束可重构方式和性能受限等瓶颈问题,着重讨论了利用人工表面等离激元场增强、场束缚及慢波效应对天线进行赋能的技术,包括基于人工表面等离激元的天线小型化技术、雷达散射截面抑制技术、以及波束重构技术,为新型天线的研究提供新的思路和选择。     

单轴各向异性半无限左手化材料中的表面极化激元

根据表面极化激元的电磁场,讨论了p偏振和s偏振情况下,单轴各向异性半无限左手化材料中的表面极化激元的存在区域,以及表面极化激元的色散关系.结果表明极化激元可以存在于非左手化材料中,同时还可以存在于单轴各向异性左手化材料中.研究了单轴各向异性左手化材料中平行于轴的介电分量和磁导率分量对表面极化激元的影响.     

基于SPR的液体折射率检测研究

精确的折射率测量可以深入的了解介质微小的物理或者化学变化。提出一种基于Kretschmann棱镜结构的SPR折射率检测方法。首先利用Mathematica软件重点分析Kretschmann模型结构下待测样品折射率变化对表面等离子体共振吸收峰的影响,得到吸收峰随样品折射率的变化关系。在此基础上,构建Kretschmann模型并进行了酒精与水混合溶液的折射率测量。最后得出该方法能够有效检测到样品反射谱曲线,且与理论曲线趋势基本一致,在1.33~1.36折射率范围内检测的灵敏度可达86.88 deg/RIU。本研究方案对研制表面等离子体共振折射率传感器具有良好的价值。     

混合型表面等离子体波导中光学参量放大的研究

本文研究了利用泡克尔效应在各向异性材料与金属构成的混合型等离子体波导中实现光学参量放大的过程。研究表明,表面等离子体作为泵浦光可以通过TypeII方式实现相位匹配,使泵浦光的能量转移到表面等离子体模式中,放大表面等离子体,从而实现表面等离子体模式远距离传输。     

雷达海杂波反演大气折射率剖面试验分析

讨论了基于5参数法的大气折射率剖面反演技术,利用雷达海杂波携带的传播路径上的环境信息反演大气折射率剖面．通过在我国部分海区试验情况,以某天同时存在表面波导和蒸发波导为例进行验证．试验结果表明：反演值与实际测量值在有效范围内,验证了5参数法反演大气折射率剖面技术在我国海区的适应性．此方法克服了海上条件下大气折射率剖面难于测量的困难,具有实时、方便、易行的特点．     

基于APML-FDTD的非对称平板波导模场分析

利用APML-FDTD法模拟分析了非对称平板波导低阶模(TE_0、TE_1和TE_2)的模场分布,研究当芯层和衬底折射率保持不变,敷层折射率n_3变化时,非对称平板波导芯层内的模场分布变化情况.结果表明,敷层折射率变化对模场分布有明显的影响,且敷层折射率变化对三种模式场量分布影响的基本规律是一致的.     

棱镜表面等离子体共振传感器理论仿真研究

以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,三棱镜类型以及待测介质折射率对表面等离子体共振反射谱性质的影响,得出了影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随反射谱的变化规律,为表面等离子体共振传感器的优化提供了理论指导。     

外磁场对THz波段超导表面等离激元的影响

根据超导二流体模型,研究了在THz波段超导材料铌表面存在的表面等离激元的色散曲线和特征长度随外磁场的变化关系,分析了外磁场对表面等离激元激发条件的影响.结果表明:外磁场强度增大时,色散曲线偏离光锥线程度将增大,表面等离激元传播距离、归一化波长及其在介质内的穿透深度将变小,而在超导材料内的穿透深度将增大,且色散曲线和特征长度随磁场的变化程度还与频率有关.同时,共振角度对外磁场变化不敏感,但共振频率将随外磁场强度增大而红移.该结果可为超导波导器件设计提供一定的参考.     

人工表面等离激元片上传输线及其应用

现代信息技术对芯片的集成度与功能多样性提出了越来越高的要求,使得微带线、共面波导为代表的传统片上传输线在电磁模式与功能方面的短板日渐凸显。因此,从物理底层寻找具有全新传输模式的传输线是突破当前芯片瓶颈的一条重要技术路径。人工表面等离激元传输线作为一种具有强场束缚性和灵活可调色散特性等优势的电磁超材料,有望成为下一代芯片技术中的关键基础元件。文中介绍了人工表面等离激元片上传输线的基本构型、小型化设计以及可重构设计,展现了人工表面等离激元片上传输线具有的极高自由度。然后介绍了基于人工表面等离激元片上传输线的片上去耦应用和信号调制应用研究进展,展示了人工表面等离激元片上传输线巨大的应用潜力。     

等离子体表面氮掺杂对非晶碳膜场发射特性的影响

氢化非晶碳膜作为一种场致阴极电子发射材料已被广泛研究,通过对薄膜进行掺杂以提高其场发射特性已被证明是行之有效的方法之一.利用常规等离子体化学气相淀积技术制备了氢化非晶碳薄膜材料,在原位利用氮等离子体对碳膜表面进行N型掺杂.通过不同手段研究了氮表面掺杂前后非晶碳膜的微结构和化学键的变化,对表面掺杂前后的薄膜的场电子特性的测量表明,在氮表面掺杂后其场电子发射特性有了明显改善,特别是场发射的阈值电场从掺杂前的3.2 V/μm下降到掺杂后的1.0 V/μm.初步实验分析表明:由于氮表面掺杂后,在碳膜表面形成N-H键,从而导致碳膜表面的有效功函数降低使场电子发射特性得以提高.     

基于圆角矩形结构的表面等离子体激元滤波器与光开关

本文提出并研究基于圆角矩形结构的表面等离子体激元带通滤波器，运用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain ,FDTD)对滤波器的透过率特性进行模拟仿真.由于采用圆角矩形结构，滤波器的透过率在带宽不变的情况下被优化.通过改变圆角矩形谐振腔的圆角半径以及腔长，可以实现所需要的透过率光谱. 本文在圆角矩形结构基础上提出12解复用器，通过将输出端2与谐振腔耦合处的波导增长120nm，实现了抑制共振模作用. 通过在滤波器的圆角矩形谐振腔中注入具有双折射效应的液晶Merck BL009，提出具有波长选择作用的光开关. 以上实验结果表明，基于圆角矩形结构的等离子体激元滤波器在纳米光学器件中具有很好的应用前景.     

光纤与表面等离激元波导的互联研究

利用在金膜上设计的4个直线排列的弧形二维光栅结构, 在实验上实现光纤与表面等离激元的四路光互联。当光纤照射到不同的弧形光栅上时, 将产生表面等离激元, 并被聚焦耦合到不同的波导中, 从而实现具有恒等、蝶形和全混洗3种方式的四路光纤与表面等离激元波导的光互联。在理论上, 利用惠更斯?菲涅尔原理进行数值模拟, 计算聚焦点附近的场强分布, 理论与实验结果符合得很好。