基于Kerr效应的表面等离激元调控研究

发布时间：2017-07-30 14:19

  本文关键词：基于Kerr效应的表面等离激元调控研究

  更多相关文章： 表面等离激元 Kerr效应 光学双稳态 低维纳米结构

【摘要】：表面等离激元是束缚在金属-介质界面上的自由电子集体振荡与电磁波的耦合模式的元激发。利用表面等离激元的亚波长界面束缚特性,可以设计突破传统光学衍射极限的纳米光学器件,这为高集成度光学芯片的实现提供了可能。表面等离激元的性质强烈地依赖于金属纳米结构的形貌、尺寸以及周围的介质环境,这既为超灵敏生物检测器和传感器的开发敞开了大门,也为微纳尺度上光学器件的设计奠定了基础。围绕表面等离激元的亚波长界面束缚性及局域电磁场增强特性,本论文在理论上研究了Kerr效应对表面等离激元的调控,并设计出基于表面等离激元的微纳聚光器、微纳偏振滤波器和微纳多通道带通滤波器。研究内容包含四个部分：1、基于Kretschmann结构的可调控聚光器的设计。Kretschmann结构中所激发的表面等离激元可以诱导Kerr效应产生光学双稳态。在这样的结构中引入聚焦结构后,聚焦光斑尺寸以及焦深都将受到入射光强的双稳态调控(焦距不变),且它们都在亚波长的尺度范围内。2、基于银纳米孔阵列的偏振滤波器的设计。表面等离激元模式依赖于波导的尺寸和介电常数。据此,在特殊的银纳米孔阵列中填充Kerr介质段后,输出光将受入射光强调控且偏振方向固定。该部分还分析了当纳米孔中表面等离激元诱导介质产生Kerr效应时,输出光强度受入射光强度双稳态调控的机制。3、基于MIM波导结构的多通道带通滤波器的设计。在MIM波导结构中引入三个级联介质腔,让各腔的中表面等离激元模式产生相互作用,从而形成新的联合共振模式,透射谱中的自由光谱范围(FSR)也因此而减小。随着级联腔内Kerr效应的产生,输出共振波长将受到入射光强调控,这将使滤波器的应用更加灵活。4、低维金属纳米结构的制备。通过溶胶凝胶法合成出-些形貌和尺寸都比较均匀的低维金属纳米结构。这些低维纳米结构具有晶体结构良好、缺陷较少、表面粗糙度很低等优点,是研究表面等离激元的理想实验载体。
【关键词】：表面等离激元 Kerr效应 光学双稳态 低维纳米结构
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713;TG111
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 表面等离激元的发展11-12
• 1.3 金属的光学性质12-17
• 1.4 纳米结构中的表面等离激元17-19
• 1.5 表面等离激元的信息领域的应用19-21
• 1.6 表面等离激元诱导的非线性效应21-24
• 1.7 本论文的主要内容24-26
• 第二章 基于Kretschmann结构的聚光器26-46
• 2.1 引言26-27
• 2.2 Kretschmann结构中表面等离激元的激发27-31
• 2.3 Kretschmann结构中光学双稳态的形成31-36
• 2.4 基于Kretschmann结构的可调控聚光器36-42
• 2.5 聚焦结构中参数的讨论42-43
• 2.6 本章小结43-46
• 第三章 基于纳米孔阵列的偏振滤波器46-62
• 3.1 介质折射率对谐振腔输出模式的调控46-49
• 3.2 动态可调节偏振滤波器设计49-53
• 3.3 填充Kerr介质的表面等离激元谐振腔的输出特性53-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 基于MIM波导结构的多通道滤波器62-78
• 4.1 引言62-63
• 4.2 金属-绝缘体介质-金属(MIM)波导结构中的模式63-68
• 4.3 周期性级联腔带通滤波器结构设计与输出特性68-69
• 4.4 级联腔的输出模式分析69-74
• 4.5 级联腔中介质折射率对滤波器输出特性的影响74-77
• 4.6 本章小结77-78
• 第五章 低维金属纳米结构的制备78-92
• 5.1 引言78-79
• 5.2 金(Au)纳米颗粒的制备79-80
• 5.3 金(Au)纳米颗粒上包裹介质的制备及其表面修饰80-85
• 5.4 金(Au)纳米棒的制备85-86
• 5.5 银(Ag)纳米立方体的制备86-88
• 5.6 银(Ag)纳米线的制备88-89
• 5.7 银纳米线上包裹氧化锌(Ag@ZnO)的制备89-90
• 5.8 本章小结90-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 主要的结论92-93
• 6.2 创新点93
• 6.3 展望93-94
• 参考文献94-108
• 致谢108-110
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录110

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本文编号：594626