基于表面等离激元的Fano共振及其在信息领域的应用

发布时间：2022-10-31 19:08

　　在过去的十几年中,Fano共振作为一个重要方面在等离子体领域中出现,并吸引了大量的研究人员设计各种纳米等离激元结构以产生Fano共振。这是因为表面等离激元极化（SPPs）能够克服衍射极限,并在深度亚波长尺度下局域光场。人们发现,Fano共振在生化传感、光谱学及非线性光学的领域有很大优势,所以对Fano共振的研究变得越来越重要并获得了相关科研人员更多的关注。在设计产生Fano共振的这些纳米结构中,由于金属-绝缘体-金属（MIM）波导结构简单且紧凑,所以它更适用于高度集成的光学回路。人们基于MIM波导结构设计出来许多器件,如分束器、传感器、光开关及慢光装置等等。因此,对于MIM波导-腔耦合系统中的响应线型及物理机制的研究是非常重要的。这可以为设计具有复合功能的等离激元器件及提高它们的性能提供理论上的指导。本文主要的研究内容与创新点如下:1.从经典的Maxwell方程出发,讨论了单一界面及多层金属/介质界面中表面等离激元的基本原理。随后,研究了本论文中常用的两种重要的理论模型:散射矩阵理论（SMT）和耦合模理论（CMT）。详细介绍了散射矩阵中的矩阵元之间的关系,并给出了部分透射系统的散射矩阵... 

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 表面等离激元简介
    1.2 Fano共振简介
    1.3 等离激元纳米团簇中的Fano共振
    1.4 侧面耦合波导-谐振腔系统中的Fano共振
    1.5 对称破缺结构中的Fano共振
    1.6 量子发射器与等离激元谐振腔耦合系统中的Fano共振
    1.7 基于Fano共振的光开关
        1.7.1 Kerr非线性光开关
        1.7.2 等离激元-原子耦合系统中的光开关
    1.8 本文的研究内容
第二章 表面等离激元波导-腔耦合系统的基础理论
    2.1 表面等离激元的基本原理
        2.1.1 波动方程
        2.1.2 金属/介质单一界面上的SPPs
        2.1.3 多层体系中的SPPs
        2.1.4 波导中波的正交性、能量和功率
    2.2 耦合模理论
        2.2.1 单出口波导-谐振腔系统
        2.2.2 两出口波导-谐振腔系统
    2.3 散射矩阵理论
        2.3.1 互易原理
        2.3.2 散射矩阵
        2.3.3 散射矩阵的性质
        2.3.4 部分透射的反射系统的散射矩阵
    2.4 本章小结
第三章 基于Fano共振的等离激元齿形波导滤波器
    3.1 引言
    3.2 单边单齿形滤波器
    3.3 单边双齿形滤波器
    3.4 单边多齿形滤波器
    3.5 双边对称多齿形滤波器
    3.6 本章小结
第四章 矩形等离激元谐振腔系统中的Fano共振
    4.1 引言
    4.2 基于多模干涉的三Fano共振
        4.2.1 结构描述
        4.2.2 MICMT分析
        4.2.3 仿真结果及讨论
    4.3 本章小结
第五章 圆形等离激元谐振腔系统中的Fano共振
    5.1 引言
    5.2 非贯通耦合系统的透射响应
    5.3 波导与圆形腔贯通耦合系统中的Fano共振
        5.3.1 结构描述
        5.3.2 MICMT分析
        5.3.3 基于MICMT的可调谐Fano共振
    5.4 本章小结
第六章 等离激元谐振腔与量子发射器耦合系统
    6.1 引言
    6.2 结构及场分布
    6.3 弱激发极限
    6.4 非弱激发极限
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究内容总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3699552