论文部分内容阅读
表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种电磁波模式，该模式存在于金属与介质的界面处，其场强随离开界面的距离增大而指数衰减。由于SPPs能将激发的电磁场能量局域在亚波长尺度内，突破衍射极限，并且具有巨大的局域场增强效应，因此在纳米光子器件、光子芯片及非线性光学等领域具有重大的应用前景。本论文主要研究了微纳尺度下表面等离激元的激发操控，具体涉及表面等离激元的分束，即控制两个不同波长的SPPs分别向左右两个不同方向传播。本文提出了两种基于非对称微纳结构的超紧凑表面等离激元分束器。 一是通过向非对称纳米单缝中集成一个垂直腔构成一个复合腔结构，通过数值模拟和实验证实了这样一个亚微米的复合腔结构可以有效地实现表面等离激元的激发和分束。其原理是非对称纳米单缝上半部分形成的水平腔和集成于结构中的垂直腔，因其不同的SPP干涉机制，可以分别近乎独立的操控SPPs的传播。数值模拟结果显示，在分束波长为767 nm和847 nm处分别可以获得1∶24和23∶1的高分束比，而器件的横向尺度仅为790 nm。另外，由于水平腔和垂直腔的近似独立作用，我们可以方便地调节分束波长。通过实验具体验证了上述SPP分束器设计。这种通过集成垂直腔来引入对SPPs的额外调制同时不增加器件横向尺寸的策略也为其它表面等离激元功能器件的设计提供了思路。 二是利用非对称T型结构成功实现了表面等离激元的分束。非对称T型结构由一个纳米狭缝和左右两侧紧挨着它的宽度不同的纳米槽构成。由于T型结构上半部分内的SPPs的干涉效应，可以通过调整左右两个纳米槽的宽度来相对独立地控制沿金属上表面向不同方向传播的SPPs的强度:调节左侧纳米槽的宽度可以控制上表面向右传播的SPPs，调节右侧纳米槽的宽度可以控制上表面向左传播的SPPs。基于这种效应，该结构可以实现不同波长的SPP分束，并且也可以方便地调节分束波长。数值模拟结果显示，横向尺度为1200 nm的器件可以在分束波长680 nm和884 nm处分别获得31∶1和1∶12的分束比。进一步的实验结果与模拟结果符合得很好。