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表面等离子波导系统中太赫兹频段单向无反射性质的研究

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表面等离子波导系统中太赫兹频段单向无反射性质的研究

作者：代天一延边大学

学位级别：硕士

异常点是系统参数空间中两个或多个本征值和对应的本征矢量合并和简并的点,在这一点处会产生许多奇特的现象,例如,相干完美吸收,非互易光传输和单向无反射。单向无反射在军事隐形、二极管和滤波器中具有潜在的应用价值,因而获得了广泛... 详细信息

异常点是系统参数空间中两个或多个本征值和对应的本征矢量合并和简并的点,在这一点处会产生许多奇特的现象,例如,相干完美吸收,非互易光传输和单向无反射。单向无反射在军事隐形、二极管和滤波器中具有潜在的应用价值,因而获得了广泛关注和大量研究。由于在微纳尺寸器件中的单向无反射受到衍射极限的极大制约,表面等离子激元具有突破亚波长限制和衍射极限的优势,可用来实现光学器件的微型化和高度集成化。本文利用表面等离子波导系统,通过使用数值模拟和解析计算方法实现了异常点处太赫兹频段单向无反射。主要研究内容为:(1)设计了由两个桩状共振器边耦合到金属-绝缘体-金属表面等离子波导组成的系统。基于本征等离子共振,在太赫兹频段实现了双带单向无反射。利用数值模拟,并用耦合模方程进行理论验证,发现两种方法所获得的反射光谱具有较好的一致性。在两个共振频率处,向前方向的磁场干涉相消进而导致近零反射,而向后方向的磁场干涉相长,导致高反射。此外,通过求解系统的散射矩阵的本征值进一步证明了异常点处的双带单向无反射现象。(2)设计了多个桩状共振器与表面等离子波导边耦合结构,提出实现太赫兹频段多带单向无反射的方案。利用CST软件仿真模拟多个共振器耦合波导的结构,发现得到的单向无反射带数与共振器数量相关。(3)在上述本征模式单向无反射的基础上研究了高阶双带单向无反射。利用三个桩状共振器边耦合到表面等离子波导系统,基于高阶等离子共振在两个异常点处实现了太赫兹频段双带单向无反射。相比较于本征模式,高阶模式的单向无反射带宽更窄,具有品质因子更高的特点。总之,我们设计了一个由桩状共振器边耦合金属-绝缘体-金属表面等离子波导结构,基于本征等离子共振和高阶等离子共振实现了太赫兹频段单向无反射现象。通过选取不同的结构参数,分别得到本征双带、本征多带及高阶双带单向无反射。我们的研究在滤波器、传感器、类二极管等器件中有重要的应用价值。

关键词：单向无反射太赫兹波表面等离子波导

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表面等离子波导系统中单向无反射性质的研究

表面等离子波导系统中单向无反射性质的研究

作者：于凌雪延边大学

学位级别：硕士

表面等离子激元是沿着金属和电介质界面传播的一种电子疏密波,这种电子疏密波是由光与金属表面自由电子相互耦合产生的。它具有光子学速度、电子学尺度以及突破衍射极限和亚波长限制的优势,可以在亚波长的范围内对光进行操控,是目前最... 详细信息

表面等离子激元是沿着金属和电介质界面传播的一种电子疏密波,这种电子疏密波是由光与金属表面自由电子相互耦合产生的。它具有光子学速度、电子学尺度以及突破衍射极限和亚波长限制的优势,可以在亚波长的范围内对光进行操控,是目前最具希望成为纳米光学集成器件的信息处理载体。随着纳米技术的不断发展,表面等离子激元已应用于生物、医学、光储存、光学集成器件等多个领域。本文主要研究表面等离子波导系统中高色散和可控单向无反射现象。研究内容如下:首先,在表面等离子波导中两个高阶模式共振器之间的近场耦合系统中研究双频带单向无反射和完美吸收现象。基于数值模拟和分析计算,我们发现相对于本征模式共振器,高阶模式共振器获得了更高的品质因数,分别为257.6和217.2。其次,利用在表面等离子波导中由电光材料组成的两个方形共振器之间的近场耦合,研究了通过改变外部电压实现可控的单频带单向无反射和完美吸收。通过特殊的设计调节外部电压以控制电光材料的折射率,来改变一个共振器的共振频率,而另一个共振器的共振频率保持不变。最后,在电光材料组成的两个环形共振器端耦合表面等离子波导系统中,研究了双频带电压可控单向无反射。通过观察单向无反射点的z-分量磁场分布图,我们发现在两个不同电压下出现了本征模式和高阶模式。

关键词：单向无反射表面等离子波导耦合模方程共振器

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数值模拟二维间隙表面等离子波导传输特性

光子学报 2011年第12期40卷 1793-1798页

作者：李继军汪国平长江大学物理科学与技术学院湖北荆州434023 武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐... 详细信息

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏,90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40nm以上后,当直行段的长度适当时,弯曲段的透射率较相同长度的直波导的透射率要大.T型光功率分配器在两输出波导的间隙宽度比达到0.6及以上时,不同于传统介质波导的分光原则,能量主要沿等效折射率较小的输出臂流出.当两输入光的相位反相时,T型光开关处于输出截止的状态,当两输入光的相位同相时,T型光开关处于输出导通的状态.所有波导间隙均小于衍射极限,实现了超衍射极限传播,可用于未来了超大规模集成光路中.

关键词：集成光学表面等离子波导时域有限差分法传输特性

表面等离子波导中电压可控单向无反射性质的研究

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表面等离子波导中电压可控单向无反射性质的研究

作者：何志伟延边大学

学位级别：硕士

随着集成电路和集成光学技术的飞速发展,人们对信息传输、处理效率和存储空间方面提出了更苛刻的要求。这势必要求未来器件向着超快、高效、集成化的方向不断发展。众所周知,在光学衍射极限的限制下光子器件的尺寸通常大于波长,从而不... 详细信息

随着集成电路和集成光学技术的飞速发展,人们对信息传输、处理效率和存储空间方面提出了更苛刻的要求。这势必要求未来器件向着超快、高效、集成化的方向不断发展。众所周知,在光学衍射极限的限制下光子器件的尺寸通常大于波长,从而不可避免地阻碍着集成光学技术的快速发展。因此,迫切需要新的机理和技术来突破衍射极限进而实现纳米集成光子器件。表面等离子激元是由光和金属表面电子相互作用引起的一种电磁波,其电磁场具有很强的表面束缚性可以突破衍射极限,这种特殊的光学性质有望成为纳米光子器件和集成回路的基础。本文利用纳米共振器边/端耦合表面等离子波导系统研究了可控单向无反射现象。研究内容如下:在两个纳米共振器边耦合表面等离子波导组成的系统中,通过改变外部电压研究了可控单向无反射现象。数值模拟结果表明,在适当的调整外部电压下可以实现电压可控的单向无反射现象。通过对该系统的散射特性分析,发现数值模拟结果完全符合传输矩阵理论,从而进一步证实了单向无反射现象出现的可能性。不仅如此,文中还讨论了表面等离子波导与共振器之间的距离、两个共振器之间的相位、共振器的大小和电压对单向无反射的影响。在外部电压条件下,由两个环形共振器端耦合表面等离子波导组成的系统中研究了可控双带单向无反射现象。通过数值模拟,发现在适当的外部电压下在双环共振器系统也可以实现电压可控的双带单向无反射现象,而且其散射特性也符合耦合模理论,从而进一步证实了双带单向无反射现象的普遍性。此外,在双环共振器系统中也观察到了外部电压以及两环形共振器之间的距离对双带单向无反射的影响。总之,本文在纳米共振器边/端耦合表面等离子波导系统中不仅观察到了可控单向无反射而且证实了其普遍存在性。这将为表面等离子激元开关、传感器、纳米集成回路等纳米材料的应用提供可靠的物理模型和理论依据。

关键词：单向无反射表面等离子波导传输矩阵异常点

太赫量子级联激光器的表面等离子波导的色散分析

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光电子技术 2011年第3期31卷 196-201,214页

作者：刘婕李炳林吴娴婷国网电力科学研究院信息与通信研究所南京211106

对非对称的双面金属结构的放大区的色散损耗关系基于D rude模型和麦克斯韦方程进行数学推导,其后的PhotonD esign仿真证实了理论推导的正确性;并结合等效系数法首次将该推导过程应用于对基本脊型波导的色散及模的分析,为今后研究复杂脊... 详细信息

对非对称的双面金属结构的放大区的色散损耗关系基于D rude模型和麦克斯韦方程进行数学推导,其后的PhotonD esign仿真证实了理论推导的正确性;并结合等效系数法首次将该推导过程应用于对基本脊型波导的色散及模的分析,为今后研究复杂脊型波导结构提供了理论依据。

关键词：太赫级量子级联激光器表面等离子波导色散损耗有效折射率脊型波导

表面等离子波导系统中基于远场耦合的可控单向无反射

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延边大学学报（自然科学版） 2022年第1期48卷 48-54页

作者：何志伟金星日延边大学理学院吉林延吉133002

设计了一个由两个共振器与一个表面等离子波导边耦合的系统,并通过施加外部电压研究了该系统的单向无反射现象.研究结果表明:当外部电压U=2.75V(9.47V)时,正向反射率接近0(0.58),反向反射率接近0.71(0);该系统可以在较宽的电压范围、共... 详细信息

设计了一个由两个共振器与一个表面等离子波导边耦合的系统,并通过施加外部电压研究了该系统的单向无反射现象.研究结果表明:当外部电压U=2.75V(9.47V)时,正向反射率接近0(0.58),反向反射率接近0.71(0);该系统可以在较宽的电压范围、共振器的间距范围、共振器A与表面等离子波导的间隙范围和共振器B的长度范围内实现单向无反射现象.该研究结果可为研发光二极管、电光开关、滤波器、传感器等元件提供理论参考.

关键词：单向无反射表面等离子激元表面等离子波导异常点

非厄米表面等离子波导系统中单向无反射性质的研究

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非厄米表面等离子波导系统中单向无反射性质的研究

作者：张聪延边大学

学位级别：硕士

表面等离子激元是光子与金属表面自由振动的电子相互耦合产生的一种电磁模式,当光与自由电子共振频率相同时,金属表面电荷会集体振荡产生共振。由于表面等离子体学突破了传统的衍射极限,并可将电磁波束缚在亚波长尺度,因此将有可能成为... 详细信息

表面等离子激元是光子与金属表面自由振动的电子相互耦合产生的一种电磁模式,当光与自由电子共振频率相同时,金属表面电荷会集体振荡产生共振。由于表面等离子体学突破了传统的衍射极限,并可将电磁波束缚在亚波长尺度,因此将有可能成为高集成光学电路的信息载体。本文基于数值模拟与分析计算在表面等离子波导系统中研究了单频和双频带的单向无反射现象。主要研究内容如下:(1)基于两个表面等离子共振器之间的远场相位耦合,研究了单频带的单向无反射现象。通过观察z方向的磁场分布,发现当两个共振器的相位差接近于2π时,也就是法布里-珀罗共振发生时,低反射出现。(2)基于两个表面等离子共振器之间的近场相位耦合,研究了单频带单向无反射现象。通过组件的磁场分布,发现当两个共振器的相位差接近于π时,相消干涉发生,因此低反射出现。(3)利用两个表面等离子共振器的耦合系统所产生的类电磁诱导透明效应以及该系统和单个等离子共振器之间的近场耦合研究了双频带单向无反射现象。我们发现两个共振器的耦合系统产生的对称模式和反对称模式分别与单个共振器的相位差为π时,无反射出现。与其它单向无反射的结构相比,我们的表面等离子波导系统不需掺杂增益或者损失介质,并且不要求一个共振器的宽度远远小于另一个,因此它们不仅结构紧凑而且便于实验上制作。

关键词：表面等离子波导单向无反射散射矩阵耦合模方程共振器

槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器的传输特性

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量子光学学报 2012年第4期18卷 363-369页

作者：张高峰程雪莹薛文瑞山西大学物理电子工程学院山西太原030006

设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响。结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经s... 详细信息

设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响。结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭,滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显,而sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。这种表面等离子滤波器在高集成度的光学回路中具有一定的应用前景。

关键词：集成光学表面等离子波导滤波器