混合表面等離子體回音壁模式微腔模式特征分析.pdf

1、近年來，具有高品質(zhì)因子(Q)和低模式體積（V）的回音壁模式微腔吸引了眾多學(xué)者的研究興趣?；匾舯谀Ｊ轿⑶怀叽鐦O小，腔體內(nèi)部能量密度極高，并且制作過程簡單方便，成本低廉，易于集成。基于以上這些特性，回音壁模式微腔作為重要的光學(xué)器件被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。但是由于受衍射極限的限制，回音壁模式微腔的光場模式尺寸一般被限制在微米量級以上，其尺寸遠大于電子器件的尺寸。而表面等離子體激元(surface plasmon polariton，SPPs)是由于

2、光和金屬表面電子相互作用引起的一種電磁波模式，它既具有光子學(xué)的速度，又具有電子學(xué)的尺度，能夠在亞波長結(jié)構(gòu)中對光進行約束和操控?；谶@些優(yōu)點，許多有趣的表面等離子體光學(xué)器件不斷向前推進，在各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。人們也把SPPs與介質(zhì)微腔結(jié)合在一起產(chǎn)生了各種結(jié)構(gòu)的SPP諧振腔。但是SPP諧振腔的金屬損耗太大，其應(yīng)用因此而受阻。
　　混合表面等離子體回音壁模式微腔由于結(jié)合了介質(zhì)回音壁模式微腔低損耗和表面等離子體高局域性的特點，

3、可以突破光學(xué)衍射極限，同時具有較高的品質(zhì)因子?；诨旌媳砻娴入x子體的光子器件在納米集成光子器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文主要從理論方面出發(fā)對混合表面等離子體回音壁模式微腔進行研究探索。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　首先本文簡要介紹了回音壁模式微腔的發(fā)展及其基本參數(shù)，回顧了表面等離子微腔的研究進展，再進一步引出并介紹了混合表面等離子體回音壁模式微腔的研究狀況。
　　其次為研究方法介紹，本論文利用的是有限元

4、方法，由此主要介紹了有限元方法，并用基于該方法的COMSOL Multiphysics對回音壁模式介質(zhì)球微腔進行了模擬仿真，驗證該方法的可行性。
　　然后主要研究了新型混合表面等離子體回音壁模式微腔的模式特征。第一節(jié)研究了混合表面等離子體回音壁模式微盤腔，該混合微腔具有較高的品質(zhì)因子和較小有效模式體積;第二節(jié)從理論上研究了混合表面等離子體回音壁模式微環(huán)腔，該硅基混合微環(huán)腔有較高的靈敏度～500nm/RIU，在高靈敏度折射率傳感方面

5、有很大的應(yīng)用前景。
　　最后提出了新型間隙混合表面等離子體回音壁模式微腔，并分析其模式特性及其在折射率傳感器方面的應(yīng)用。第一節(jié)研究了有空氣填充的非均勻間隙的混合表面等離子體回音壁模式微盤腔，由于空氣間隙部分的存在，非均勻間隙混合微腔可以提高其品質(zhì)因子Q，同時，有效模式體積Veff雖較傳統(tǒng)均勻間隙微腔有所增大，但在提高其品質(zhì)因子Q時，只是略微的犧牲了有效模式體積Veff。在折射率傳感方面，有空氣填充的非均勻間隙混合微腔可以在提高靈敏