基于法诺共振的等离激元特性研究

论文摘要

信息化的飞速发展使得光子器件的高速化、小型化与高度集成化成为光通信器件的发展趋势。表面等离激元是位于金属-介质界面处的表面电磁波,它可以突破经典衍射极限并在纳米尺度上操纵光,这使光子器件集成和小型化成为可能,并已成为许多研究人员关注的焦点。本论文采用时域有限差分方法,对相关的诱导吸收机理,法诺共振机理及其应用进行研究。主要内容包括以下几个方面:在基于亚波长尺度的金属-绝缘体-金属波导上,提出了一种端耦合的复合槽型腔谐振器。与用作法布里-珀罗谐振腔的完美正方形腔体相比,在复合的槽型腔谐振器系统中可以实现等离子体诱导吸收效应。通过在完美的正方形槽型腔上面增加垂直槽型腔,可以在固有二阶模式透射峰的位置实现具有优异性能的单或双吸收窗口;也可以通过在完美的槽型腔中内置一个环形槽腔,实现在一阶模式和二阶模式固有透射峰的位置同时获得等离诱导吸收效应。在窗口处可以观测到延迟时间最大为-0.18 ps。所研究的工作提供了激发和调制等离诱导吸收响应的独特方式,可开发并应用于光开关的纳米级集成电路。提出了一种由两个较长的石墨烯纳米条带和一个较短的石墨烯纳米条带组成的法诺共振装置,其机制主要是通过明暗模式之间的近场相互作用来实现的。通过改变较短石墨烯纳米条带的横向偏移量,可以独立调节透射光谱中明模式的共振频率,而改变其纵向偏移量则可以独立调节暗模式的共振频率。此外,还可以通过改变石墨烯的费米能量以及周围介质的折射率来主动调节法诺共振谱线。这项工作提出了一种独特的超材料法诺共振调制策略,有助于开发传感器设备和其他一些等离子体功能器件的应用潜力。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 表面等离激元的基本理论

1.2.1 表面等离激元的激发方式

1.2.2 表面等离激元的传播方式

1.2.3 表面等离激元的应用

1.3 石墨烯表面等离激元

1.3.1 石墨烯概述

1.3.2 石墨烯特性研究

1.3.3 石墨烯表面等离激元的优越特性

1.3.4 石墨烯表面等离激元的应用

1.4 电磁干涉的基本理论

1.4.1 法诺共振

1.4.2 等离子体诱导透明

1.5 本文的研究内容及章节安排

第2章理论和数值模拟计算方法

2.1 引言

2.2 麦克斯韦方程的FDTD形式

2.3 稳定条件和边界条件

2.4 Lumerical FDTD Solutions

2.5 本章小结

第3章谐振器耦合波导中的等离子体诱导吸收

3.1 引言

3.2 计算模型和方法

3.3 结构讨论与分析

3.3.1 单个垂直槽型腔的等离子体诱导吸收现象

3.3.2 两个垂直槽型腔的双等离子体诱导吸收现象

3.3.3 环形腔的双等离子体诱导吸收现象

3.4 本章小结

第4章基于石墨烯超材料的动态可调谐法诺共振

4.1 引言

4.2 计算模型与方法

4.3 结果分析与讨论

4.3.1 法诺共振的产生

4.3.2 法诺共振中明模式的调节

4.3.3 法诺共振中暗模式的调节

4.3.4 几何参数的改变对法诺共振的影响

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晓飞

导师: 贺鹏斌,王玲玲

关键词: 表面等离激元,等离激元诱导吸收,法诺共振,时域有限差分方法

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 力学,物理学,化学,无线电电子学

单位: 湖南大学

分类号: O441.4;O321;O613.71

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.002368

总页数: 65

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