表面等离子微腔的模式特性研究

发布时间：2024-02-04 22:03

　　近年来,回音壁模式微腔因为其极高的品质因子成为研究热点,而表面等离子激元(surface plasmon polariton,简称SPP)因为其极强的场束缚能力,可以将光波束缚在亚波长尺寸而吸引了越来越多学者的关注,表面等离子微腔将二者优势结合,具有高品质因子和极小模式体积的优点,成为了新型的、具有良好应用前景的光子器件。本文主要分析了两种金属包覆介质结构微腔的模式特性,主要内容如下:我们使用解析方法和数值方法两种方法来研究表面等离子微腔。解析方法从麦克斯韦方程组出发,结合边界条件推导出微腔的本征方程,该本征方程能全面描述微腔的特性;数值方法在利用有限元方法的弱形式的基础上,将二维模型进一步简化为一维模型,从而高效、准确地求解柱形表面等离子微腔,且求解时间从原来的几分钟甚至几十分钟缩短至几秒钟。对于金属包覆微球腔,通过求解其特征方程得到该表面等离子微球腔的色散曲线和模场分布,首次发现对称表面等离子激元模式呈现出与其它模式不同的色散特性,正是因为这种反常的色散特性,对称SPP模式可以与反对称SPP模式及横磁模(transverse magnetic modes,简称TM modes)发生...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1常见的光学微腔结构:(a)微球，(b)平面微环，(c)微盘，(d)微环芯，(e)

微泡??１．２．２回音壁模式微腔的基本参数??在微腔的研究之前，我们需要了解一下微腔的几个基本参数，这里以微球腔??为例：??一个重要的参数是品质因子，又称Ｑ值，Ｑ值越高，能量损失越慢，即光??子在微腔内存活时间越长，说明微腔储存能量的能力越强。品质因子定义为光强??稳定时，微腔....

图１－２回音壁模式微腔的透射谱示意图??

自由光谱范围（ＦＳＲ）定义为连续的两个极向模数对应的模式的??频率差Ａｕ，即Ａｔ；?＝?，如图１－２所示，在微球腔中ＦＳＲ近似为：??▲一古?（１＿７）??其中，ｃ为真空中的光速，７？是微球半径，ｎｅｆＴ是模式的有效折射率。??还有一个重要的参数是精细度／：??Ｆ?＝?２ｎ—?＝....

图１－３⑷表面等离子波的电场分布示意图，（ｂ）垂直于传播方向上的电场强度??分布网??

第１章绪论??其中就是金属的等离子体频率。将式（１．１７）的实部和虚部分开，可得??膨〇??ａ??Ｒｅｇ?＝?ｌ－?７?（１．１８）??１?＋?ＣＯ?Ｔ??ａ?０）２ｎＴ??Ｉｍｇ?＝?ｎ?Ｊ?＾?￣２＼?（Ｌ１９）??（〇｛＼?＋?（ＯＸ）??对于金属，％的数量级约为ｌＯ１６。....

图１－４金属－空气和金属－棱镜界面处的ＳＰＰ的色散关系图，传播常数只有位??于空气和棱镜中光的传播常数之间，才能激发表面等离子波??

Ｍｅｔａｌ?々??图１－３⑷表面等离子波的电场分布示意图，（ｂ）垂直于传播方向上的电场强度??分布网??图ｌ－３（ａ）为表面等呙子波的电场分布７Ｋ意图，（ｂ）为垂直于传播方向上电场??的强度分布。介质（ｚ＞０）的介电常数为＆，金属〇＜０）的介电常数为根??据前面的描述，当光频〇＞....

本文编号：3895887