表面等离子波导及应用
发布时间：2021-07-07 07:50
本文在介绍表面等离子波导基本理论的基础上,主要对表面等离子波导的若干应用进行综述,包括基于表面等离子波导实现的光学和微波频段的慢波效应、类电磁感应透明现象、可调滤波器,以及通过对电磁波绕射而实现的隐身效应等。最后指出该领域存在的问题与挑战,并对今后的发展趋势进行了展望。分析认为,通过引入增益介质、采用超导材料等方法降低表面等离子波导材料的损耗、减少工艺制作的难度是今后亟待解决的问题。
【文章来源】：中国光学. 2015,8(03)CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
金属/介质界面上的表面等离子激元Fig．1SPPsonthemetal/dielectricinterface
通过金属/介质或者磁单负材料/正常材料等类似的组合结构来实现。3．1表面等离子波导中的慢光效应减慢光传播的速度(即实现慢光效应)是表面等离子激元波导的一个重要用途。与其它支持慢光的结构(如谐振腔的直接耦合等)相比，表面等离子激元波导具有在宽频带内对电磁场实现亚波长局域的优势。而且由于表面等离子激元特殊的色散关系，在色散曲线的截止频率处，表面等离子激元具有明显的慢波特性［20，25］，甚至能使信号停滞，利用这一点通过此类波导可以实现信号储存。文献［24］基于二维微带传输线构建了磁单图2(a)基于二维微带传输线构建的MNG/DPS/MNG表面等离子波导;(b)改变单元电容(即MNG材料的有效磁导率)，该波导内的表面等离子在不同的截止频率均为慢波;(c)在固定频率(f=1．3GHz)点，表面等离子波群速度vg和相速度vp随单元电容值(即MNG材料的有效磁导率)的变化趋势［24］Fig．2(a)MNG/DPS/MNGSppswaveguidebasedontwodimensionalmicrostriplines;(b)theSPPwavespropagateslowlyatdifferentcutofffre-quencywhiletheunitcapacitor(theeffectivepermeabilityofMNGmetamaterials)ischanged;(c)thegroupvelocityvgandphasevelocityvpchangewiththeunitcapacitor［24］332中国光学第8卷
负材料/介质/磁单负材料(MNG/DPS/MNG)波导，结合该结构中表面等离子激元的色散关系对该中慢波特性进行微波实验研究，实现了可调的慢波效应:慢波频率可通过电路参数(即有效磁导率)调节，同一频率点的波速度也可通过电路参数(即有效磁导率)调节(图2)。其中vg为表面等离子波的群速度，vp为相速度群速度最低可达到真空中光速的1/45。图3(a)为具有不同凹槽深度的金属分级光栅结构的表面等离子激元波导，左侧凹槽深度和右侧凹槽深度分别为h=50μm和h=110μm;通过该结构可以在0.8THz的带宽内(0.6～1.4THz)实现慢光(图3(b))，这里光的群速度变化范围为c/107～c/102(c为光在真空中的传播速度)，且在该波导色散曲线的图3(a)具有不同凹槽深度h的金属分级光栅结构表面等离子激元波导的色散关系，插图为分级光栅结构分布(h=50～110μm);(b)由色散关系得出的表面等离子激元模式群速度［18］Fig．3(a)DispersionrelationsofSPPsmetalgratingwaveguidewithdifferentgroovedepth(h=50～110μm);(b)groupvelocityofSPPsfromdis-persionrelations［18］截止频率点，光的群速度可达c/107［18］。2011年，Savo等人基于前向波和后向波简并机制，对于微波频段的慢光通过单负特异材料平面波导(磁单负材料/介质/磁单负材料波导结构)进行了实验研究，最终获得了约1/15倍真空中光速的慢光［26］。3．2电磁感应透明现象电磁感应透明(ElectromagneticallyInducedTransparency，EIT)是量子光学研究的一个基本问题，因其具有慢光效应、强烈非线性等突出优点，受到了国内外科学家的广泛关注［27-29］。它是指利用另一束激光对原子媒质的光学响应进行调控，使其在原本的吸收谱线内出现一个很窄的透明窗口。同时，透明?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于表面等离子激元的超薄金属减色滤波器的研究[J]. 吴青峻,吴凡,孙理斌,胡晓琳,叶鸣,徐越,史斌,谢昊,夏娟,蒋建中,张冬仙. 物理学报. 2014(20)
[2]硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件[J]. 管小伟,吴昊,戴道锌. 中国光学. 2014(02)
[3]用表面等离子体共振传感器检测纳米间距[J]. 王二伟,鱼卫星,王成,卢振武. 中国光学. 2013(02)
[4]基于二维特异材料波导的表面电磁波的慢波实验研究[J]. 王五松,张利伟,张冶文,方恺. 物理学报. 2013(02)
本文编号：3269245
【文章来源】：中国光学. 2015,8(03)CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
金属/介质界面上的表面等离子激元Fig．1SPPsonthemetal/dielectricinterface
通过金属/介质或者磁单负材料/正常材料等类似的组合结构来实现。3．1表面等离子波导中的慢光效应减慢光传播的速度(即实现慢光效应)是表面等离子激元波导的一个重要用途。与其它支持慢光的结构(如谐振腔的直接耦合等)相比，表面等离子激元波导具有在宽频带内对电磁场实现亚波长局域的优势。而且由于表面等离子激元特殊的色散关系，在色散曲线的截止频率处，表面等离子激元具有明显的慢波特性［20，25］，甚至能使信号停滞，利用这一点通过此类波导可以实现信号储存。文献［24］基于二维微带传输线构建了磁单图2(a)基于二维微带传输线构建的MNG/DPS/MNG表面等离子波导;(b)改变单元电容(即MNG材料的有效磁导率)，该波导内的表面等离子在不同的截止频率均为慢波;(c)在固定频率(f=1．3GHz)点，表面等离子波群速度vg和相速度vp随单元电容值(即MNG材料的有效磁导率)的变化趋势［24］Fig．2(a)MNG/DPS/MNGSppswaveguidebasedontwodimensionalmicrostriplines;(b)theSPPwavespropagateslowlyatdifferentcutofffre-quencywhiletheunitcapacitor(theeffectivepermeabilityofMNGmetamaterials)ischanged;(c)thegroupvelocityvgandphasevelocityvpchangewiththeunitcapacitor［24］332中国光学第8卷
负材料/介质/磁单负材料(MNG/DPS/MNG)波导，结合该结构中表面等离子激元的色散关系对该中慢波特性进行微波实验研究，实现了可调的慢波效应:慢波频率可通过电路参数(即有效磁导率)调节，同一频率点的波速度也可通过电路参数(即有效磁导率)调节(图2)。其中vg为表面等离子波的群速度，vp为相速度群速度最低可达到真空中光速的1/45。图3(a)为具有不同凹槽深度的金属分级光栅结构的表面等离子激元波导，左侧凹槽深度和右侧凹槽深度分别为h=50μm和h=110μm;通过该结构可以在0.8THz的带宽内(0.6～1.4THz)实现慢光(图3(b))，这里光的群速度变化范围为c/107～c/102(c为光在真空中的传播速度)，且在该波导色散曲线的图3(a)具有不同凹槽深度h的金属分级光栅结构表面等离子激元波导的色散关系，插图为分级光栅结构分布(h=50～110μm);(b)由色散关系得出的表面等离子激元模式群速度［18］Fig．3(a)DispersionrelationsofSPPsmetalgratingwaveguidewithdifferentgroovedepth(h=50～110μm);(b)groupvelocityofSPPsfromdis-persionrelations［18］截止频率点，光的群速度可达c/107［18］。2011年，Savo等人基于前向波和后向波简并机制，对于微波频段的慢光通过单负特异材料平面波导(磁单负材料/介质/磁单负材料波导结构)进行了实验研究，最终获得了约1/15倍真空中光速的慢光［26］。3．2电磁感应透明现象电磁感应透明(ElectromagneticallyInducedTransparency，EIT)是量子光学研究的一个基本问题，因其具有慢光效应、强烈非线性等突出优点，受到了国内外科学家的广泛关注［27-29］。它是指利用另一束激光对原子媒质的光学响应进行调控，使其在原本的吸收谱线内出现一个很窄的透明窗口。同时，透明?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于表面等离子激元的超薄金属减色滤波器的研究[J]. 吴青峻,吴凡,孙理斌,胡晓琳,叶鸣,徐越,史斌,谢昊,夏娟,蒋建中,张冬仙. 物理学报. 2014(20)
[2]硅基混合表面等离子体纳米光波导及集成器件[J]. 管小伟,吴昊,戴道锌. 中国光学. 2014(02)
[3]用表面等离子体共振传感器检测纳米间距[J]. 王二伟,鱼卫星,王成,卢振武. 中国光学. 2013(02)
[4]基于二维特异材料波导的表面电磁波的慢波实验研究[J]. 王五松,张利伟,张冶文,方恺. 物理学报. 2013(02)
本文编号：3269245
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