金屬-周期性介質(zhì)光學(xué)Tamm態(tài)光子器件研究.pdf

1、微納光子器件具有響應(yīng)速度快、全光操作和易于系統(tǒng)集成等優(yōu)勢,在光開關(guān)、光傳感、光信息處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合金屬材料及微納結(jié)構(gòu)激發(fā)的表面等離子體,能夠克服衍射極限,極大增強局部光強,實現(xiàn)對光亞波長量級的操作,這為降低器件尺寸,制作高速、低閾值的新一代光子器件開辟了新途徑。
　　作為一種新型金屬表面等離子體,光學(xué) Tamm態(tài)激發(fā)條件更易于滿足,并且具有更強的光場局域性,這都有利于提升器件性能及拓展新功能和新應(yīng)用,相關(guān)研究具有

2、重要的理論研究和實際應(yīng)用意義。本文利用新型結(jié)構(gòu)中光學(xué) Tamm態(tài)的新特性,設(shè)計了一種新型光子器件,具體內(nèi)容如下:
　　首先,本文介紹了這種特殊的金屬表面態(tài)——光學(xué) Tamm態(tài)的基本概念,并對其獨特優(yōu)勢和研究現(xiàn)狀進行了重點描述。
　　其次,本文介紹了光學(xué) Tamm態(tài)的形成機理和理論模型,并運用自洽理論與改進型的傳輸矩陣法結(jié)合,提出了一種優(yōu)化的仿真方法。以金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)為例,對反射譜及電場分布進行研究。結(jié)果表明:在

3、反射譜中存在與光學(xué) Tamm態(tài)對應(yīng)的凹峰;通過分析不同波長電場分布,發(fā)現(xiàn)凹峰波長處的光主要局域在金屬與分布式布拉格反射鏡的界面附近。
　　然后,引入分布式布拉格反射鏡中心波長的失配,將物理模型擴展成非對稱分布式布拉格反射鏡-金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu),研究該新型結(jié)構(gòu)中雙 OTS態(tài)的產(chǎn)生機理及其隨工作參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):失諧量?變化時,兩 OTS本征波長均出現(xiàn)紅移;引入不對稱機制后,可以控制兩OTS的強弱,即電場強度在金屬與

4、介質(zhì)兩個界面附近重新分配;該非對稱結(jié)構(gòu)中入射角可以控制OTS在某一個或兩個界面的激發(fā)。
　　最后,在非對稱分布式布拉格反射鏡-金屬-分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)中,引入非線性Kerr介質(zhì),通過改變分布式布拉格反射鏡周期數(shù)、失配量以及金屬薄膜厚度,找到一種OTS增強的優(yōu)化設(shè)計,極大提高了Kerr介質(zhì)的中非線性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種新的低閾值全光雙穩(wěn)邏輯控制器件,即在OTS的兩個特征波長附近分布引入泵浦光和探測光,利用泵浦光功率、入射