复合微纳多层结构中模式色散与能流特性研究

发布时间：2017-04-26 13:10

  本文关键词：复合微纳多层结构中模式色散与能流特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波导中电磁场的传输与控制是纳米光子学中一个重要研究内容,对于实现基于纳米结构的全光集成功能器件具有重要的意义。结构中表面等离激元的激发导致局域场增强效应,而局域场的增强将导致非线性效应出现,进而影响结构的光学特性。本论文分别针对金属和石墨烯复合非线性波导结构,研究了结构中的电磁模式分布与能流特性。首先针对金属/非线性电介质/金属波导结构,考虑克尔介质,从麦克斯韦方程出发推导了金属与非线性介质中电磁场满足的方程。由电磁场的连续性条件给出了结构中表面等离激元模式的精确色散关系,并讨论了非线性系数对色散关系的影响,研究发现随着非线性系数的增加,色散曲线将向低频部分偏折。由色散关系可知结构中存在三种模式,即对称模式、反对称模式及非对称模式,进而给出了与三种模式相对应电磁场分布、介电常数分布。由于石墨烯独特的电学、光学特性,引入石墨烯代替金属,针对石墨烯/非线性电介质界面给出了表面等离激元的色散关系。进而扩展到石墨烯/非线性电介质/石墨烯波导结构,从麦克斯韦方程出发理论推导它的精确色散关系,研究了非线性系数对结构中模式分布及电磁场分布的影响。色散关系图表明在该结构中同样存在三种模式,即对称模式、反对称模式及非对称模式,并且给出与三种模式相对应的电磁场分布与介电常数分布。倏逝波具有非零自旋能流,在空气/金属、金属/电介质/金属波导结构中引入自旋与轨道能流,分别计算了其中存在的自旋、轨道能流与总能流,研究了能流与模式色散之间的关系。
【关键词】：非线性波导 克尔介质 石墨烯 模式色散 自旋
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义7
• 1.2 金属/电介质复合结构的控光特性研究进展7-11
• 1.3 石墨烯/电介质复合结构的控光特性研究进展11-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 金属/非线性电介质/金属波导中模式色散及模式分布15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 金属/非线性电介质/金属的模式色散15-21
• 2.3 金属/非线性电介质/金属的模式分析21-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 石墨烯/非线性电介质/石墨烯波导中模式色散及模式分布26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 石墨烯的电导率26-27
• 3.3 石墨烯/克尔介质界面的色散27-30
• 3.4 石墨烯/克尔介质/石墨烯的色散30-35
• 3.5 石墨烯/非线性电介质/石墨烯的模式分析35-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 金属/电介质多层结构中的能流特性40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 金属/电介质界面处的能流特性40-45
• 4.3 金属/电介质/金属波导中的能流分布特性45-48
• 4.4 总结48-50
• 结论50-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士期间发表的论文及其他成果54-56
• 致谢56

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本文编号：328537