基于金属微纳结构的磁光增强效应及高效等离激元红外光耦合器的研究

发布时间：2017-04-16 07:02

  本文关键词：基于金属微纳结构的磁光增强效应及高效等离激元红外光耦合器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于理论研究与纳米加工技术的不断发展,表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)逐渐被应用于纳米光子学领域。经过人们最近十年的努力,SPs研究与很多其他领域交叉渗透,开辟了磁等离激元,表面等离激元增强光学吸收等新的研究分支。本文通过数值模拟计算研究了在周期型金属微纳结构下的横向磁光克尔效应(Transversal Magneto-optical Kerr Effect, TMOKE)的增强与红外增强吸收的实现。由于磁光克尔效应在生物探测,磁光数据存储器,三维成像等应用上具有非常大的潜力,磁光克尔效应成为了人们持续关注的一个热点。本文理论研究了基于金属微纳结构实现磁性介质薄膜磁光增强效应。我们的模型是在以石英为衬底的铋铁石榴石(Bismuth Iron Garnet, BIG)磁性介质薄膜表面嵌入了金条带一维光栅型周期阵列。由于金属条带光栅结构,可以使其入射电磁波被选择性地耦合进入BIG磁性介质层,并激发磁性介质层中的波导(Waveguide, WG)模式；另外,单个金条带自身也会激发局域等离激元(Localized Surface Plasmons, LSP)共振模式,LSP共振与WG模式互相耦合可以使磁光效应进一步增强。我们通过将金条带嵌入BIG层,使更多的被金条带散射的电磁波进入BIG磁性介质层并且与BIG层充分地作用,并以WG模式传播,同时,金条带自身激发的LSP与WG模式在空间分布上更加靠近,耦合更为强烈,形成更为高效的Fano共振,最终使TMOKE响应获得进一步的提高。我们发现相对于金条带未嵌入BIG层时的情况,当嵌入深度达到80 nm时,可以获得3倍的TMOKE响应增强。我们的研究结果为等离激元微结构实现TMOKE向应的增强提供了一种思路,相信对于设计具有微纳结构的磁光器件并提高其磁光效应有着重要的指导意义。利用基于SPs增强光学吸收效应是实现入射光场与活性介质有效耦合及增强光物质相互作用的一种有效的手段。量子阱红外探测器在过去的十几年中得到了快速的发展,但是,对于普遍使用的n型砷化镓量子阱材料,由于量子吸收的选择定则,只能够吸收垂直于量子阱平面的电场分量。为了提高器件的响应率和探测效率,本文设计了一种二维周期型金属/半导体/金属型微结构红外光耦合器。其上层金属为周期型金属天线阵列,中间半导体层由量子阱层以及缓冲层组成,下层金属层为表面带有周期性金属方块阵列的金属平板。利用这种金属微纳结构激发的微腔模式与杂化的类表面等离激元模式的耦合,可以显著地提高量子阱吸收电场偏振方向垂直于量子阱平面的电磁波,并且这种红外光耦合器具有偏振不敏感、宽角度吸收特性。我们实现了在14.5um处高达92%的近完美吸收,其中,60%的电磁波能量被量子阱半导体层吸收。我们对该红外光耦合器实际制备对于其光电耦合效率影响的容差性进行了评估。该设计方法在长波红外大面积焦平面阵列和多色成像应用方面的有较大的应用潜力。
【关键词】：表面等离激元 横向磁光克尔效应 增强光吸收
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN622
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 表面等离激元10-14
• 1.1.1 金属/介质表面支持的表面等离激元波11-14
• 1.1.2 金属颗粒的局域等离激元共振14
• 1.1.3 磁等离激元14
• 1.2 磁光效应14-19
• 1.2.1 磁光法拉第效应15-17
• 1.2.2 磁光克尔效应17-19
• 1.3 基于等离激元实现磁光效应的增强19-22
• 1.4 基于等离激元的增强吸收效应22-24
• 1.5 论文主要内容24-26
• 参考文献26-30
• 第二章 等离激元增强横磁光克尔效应的研究30-42
• 2.1 横向磁光克尔增强效应30-32
• 2.2 等离激元磁光纳米结构的设计及参数优化32-34
• 2.3 主要结果及讨论34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 参考文献40-42
• 第三章 高效等离激元红外光耦合器的设计42-52
• 3.1 引言42-43
• 3.2 金属/半导体/金属型微结构红外光耦合器设计及参数选择43-44
• 3.3 主要结果及讨论44-48
• 3.3.1 提出的红外光耦合器的实现增强吸收的方法44-46
• 3.3.2 红外光耦合器的主要参数46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 参考文献50-52
• 总结与展望52-54
• 攻读硕士学位期间的学术论文54-56
• 致谢56-57

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王可,李佐宜,胡作启,林更琪,熊锐,杨晓非,李震,王翔,易开军,朱全庆,胡煜;光调制直接重写磁光多层膜的制备及其性能研究[J];信息记录材料;2000年Z1期

2 刘湘林;阮元绩;封敬璋;王洪祥;;磁光石榴石单晶薄膜的激光调制[J];应用激光;1983年06期

3 张荣康;;长寿命磁光光盘[J];激光与光电子学进展;1985年09期

4 雷正舜,王薇;磁光补偿方法自动测量旋偏角[J];电测与仪表;1991年01期

5 候印春;;磁光光盘装置的技术动向[J];激光与光电子学进展;1992年11期

6 宋荣;磁光技术获得全球性支持[J];今日电子;1995年07期

7 李震,蔡长波;磁光记录薄膜磁光特性参数测量的外推方法[J];激光与红外;2001年02期

8 郑玉祥,徐琮辉,张荣君,李晶,王松有,陈良尧;采用不同中间夹层的双记录层磁光光盘热光特性比较[J];红外与毫米波学报;2005年06期

9 刘普霖,石晓红,陈张海,胡灿明,史国良,陆卫,沈学础;半导体磁光理论和红外磁光光谱研究进展[J];量子电子学报;1997年02期

10 朱全庆,谭立国,李震,李佐宜,蔡长波,邱进军;光调制直接重写磁光双层耦合膜磁基本特性的一种解耦方法[J];磁记录材料;1999年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 翁梓华;黄元庆;杨国光;;一种磁光开关的设计与分析[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

2 张守业;张志良;黄敏;;钆铋铁柘榴石单晶的磁光性能[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

3 陈新;康俊彪;郭飞云;陈建中;;烧绿石型Tb_2Ti_2O_7晶体的生长与磁光性能研究[A];第十六届全国晶体生长与材料学术会议论文集-04压电、铁电、闪烁和其它功能晶体[C];2012年

4 卢俊业;付聪;宋财根;郭飞云;陈建中;;掺铽硼酸锶钆晶体的生长及磁光性能探索[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年

5 陈伟元;钟智勇;王豪才;;Bi代DyGaIG多层磁光膜的热效应分析[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年

6 康俊彪;刘伟;郭飞云;陈建中;;烧绿石型Gd_2Ti_2O_7晶体的生长与磁光性能研究[A];中国晶体学会第五届全国会员代表大会暨学术大会（晶体生长分会场）论文摘要集[C];2012年

7 王黎蒙;谢同林;金霞芬;刘美媛;;偏振无关型磁光隔离器的光传输性能[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（OFCIO’2001）论文集[C];2001年

8 周蜀渝;徐震;周善钰;王育竹;;磁光陷阱中Atler-Townes分裂的反常现象[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

9 卫栋;陈海霞;熊德智;郭璐;王鹏军;张靖;;费米子~(40)K和玻色子~(87)Rb的磁光冷却与俘获[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年

10 秦会斌;罗迪民;;非晶态Tb Fe Co磁光膜的HREM研究[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 李道勇;周期性纳米结构薄膜的制备与磁光特性研究[D];南京大学;2016年

2 黄平;纳米晶巨磁光多层膜材料及应用研究[D];电子科技大学;2000年

3 翁梓华;基于磁光光纤和高速磁场的全光纤磁光开关研究[D];浙江大学;2005年

4 张绍银;复合磁性纳米结构的制备与磁光性能研究[D];南京大学;2014年

5 王晓;纳米尺度磁性薄膜材料的磁光特性研究[D];山东大学;2014年

6 王巍;掺（？）钇铁石榴石磁光薄膜的性能及应用研究[D];电子科技大学;2003年

7 张霞;磁光子晶体薄膜的制备和性能研究[D];复旦大学;2013年

8 朱目成;亚表面缺陷的磁光/涡流实时成像检测技术的研究[D];四川大学;2004年

9 郜小勇;几种光电功能薄膜的光学和磁光性质研究[D];复旦大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘盼;磁光玻璃的制备及光谱性能研究[D];陕西科技大学;2015年

2 熊新;铁磁材料表面缺陷的磁光成像检测方法研究[D];电子科技大学;2014年

3 陈聿;基于金属微纳结构的磁光增强效应及高效等离激元红外光耦合器的研究[D];南京大学;2016年

4 金亿昌;新型磁光器件的基础研究[D];浙江大学;2014年

5 林少汉;纳秒量级全光纤磁光开关的研制[D];厦门大学;2009年

6 周世杰;轻、中稀土元素掺杂对TbFeCo材料磁光性能的影响[D];西南交通大学;2002年

7 程立伟;磁光光纤光栅的偏振相关特性研究[D];电子科技大学;2010年

8 罗成友;微波信号的磁光调制及其光学处理研究[D];电子科技大学;2009年

9 马海云;温度无关性磁光玻璃的研究[D];长春理工大学;2010年

10 宋平;磁光椭偏仪的研究[D];山东大学;2011年

  本文关键词：基于金属微纳结构的磁光增强效应及高效等离激元红外光耦合器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：310244