基于MIM结构表面等离激元诱导效应的研究

来源 :汕头大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:itshuai
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随着光信息技术的发展,光子器件的高度集成化、超快非线性响应和结构微型化成为未来光学研究发展的必然趋势和追求。但是在光子学领域,衍射极限的存在限制了光子集成度的发展。表面等离激元(Surface Plasmon Polaritions,SPPs)作为光和金属表面自由电子相互作用产生的一种特殊电磁波,由于其低维度、强透射与亚波长等特点,为纳米光学集成元件的实现提供可能,成为现代纳米光学研究热点之一。在诸多基于表面等离激元的波导结构中,金属-介质-金属(MIM)型波导因为结构紧凑和集成度高等优势获得较多的研究关注。近年来,基于MIM的表面等离激元诱导效应-表面等离激元诱导透明(plasmon induced transparency,PIT)和表面等离激元诱导反射(plasmon-induced reflection,PIR),因为其低功耗、强色散及窄带宽的特性表现出在微纳光学设计领域潜在的应用价值。本文提出了基于MIM波导的表面等离激元诱导效应的两种耦合结构(六边方环谐振腔和内嵌旋转结构的双侧耦合方形腔),并对其传输特性进行研究分析,展现了其在微纳传感器、光开关等光子器件中的应用前景。本论文的具体研究内容如下:1.提出了一个基于MIM波导的六边方环谐振腔耦合结构。通过运用有限元分析法(FEM)对结构的传输特性进行研究,并对其模场分布和透射谱进行了细致分析。研究结果表明,六边方环谐振腔耦合结构可以产生表面等离激元诱导反射效应,且调节系统的几何结构参数,可以实现透射谱的动态调谐。通过对比研究表明,此结构在较小的结构尺寸范围内展现出较好的传感和快/慢光特性(800 nm/RIU的灵敏度和-0.54 ps的群延时),同时其传输特性受到加工误差的影响也较小。通过进一步添加同尺寸六边方环谐振腔结构,可以实现双重PIR和超窄PIT效应;2.设计并研究了嵌有旋转矩形内芯的双侧方形腔耦合结构。通过模拟计算表明,该系统在矩形内芯的旋转作用下在多个波段处产生明显的PIT效应,并且通过调节内嵌结构的旋转角度可实现透射窗口的动态调控。改变方形腔及内嵌结构几何参数,也能够对透射曲线进行动态调谐。同时,选择合适的结构尺寸及旋转角度时,可以在不同波段实现单个PIT效应。
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