非線性可調(diào)諧表面等離激元器件的研究.pdf

1、表面等離激元可以實(shí)現(xiàn)將電磁波束縛在亞波長(zhǎng)尺度，打破了光固有的衍射極限，使得在納米尺度操控光波成為可能，并且在多種學(xué)科中有著前所未有的重要的應(yīng)用，這一研究領(lǐng)域被統(tǒng)稱(chēng)為Plasmonics。在貴金屬比如金和銀以及一些新興的材料比如石墨烯中支持具有較低損耗的表面等離激元。實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧表面等離激元器件是近些年來(lái)表面等離激元研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。表面等離激元現(xiàn)象會(huì)使在金屬附近的電磁場(chǎng)得到顯著的增強(qiáng)，從而可以讓一些光學(xué)非線性效應(yīng)在較低的功率下實(shí)現(xiàn)。本文

2、主要針對(duì)表面等離激元在幾種不同結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)波、非線性效應(yīng)以及可調(diào)諧表面等離激元器件的應(yīng)用進(jìn)行了一系列深入的理論和仿真研究。本論文取得的主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提出了一種基于石墨烯包覆介質(zhì)納米線表面等離波波導(dǎo)，其無(wú)邊緣結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以避免類(lèi)似于石墨烯納米帶的不規(guī)則邊緣帶來(lái)的散射損耗，實(shí)現(xiàn)低損耗的傳輸石墨烯表面等離波。建立了石墨烯包覆納米線中表面等離波模式的解析模型，深入研究了石墨烯包覆納米線的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)色散特性的影響。利用一

3、種半解析方法提出了高階表面等離波模式的截止條件。
　　2.提出并研究了石墨烯包覆納米線對(duì)中的二次諧波產(chǎn)生。通過(guò)非共軛洛倫茲互易性定理建立了用于描述二次諧波產(chǎn)生過(guò)程的非線性耦合模方程。詳細(xì)分析了石墨烯包覆納米線對(duì)中的表面等離波模式特性，利用模式相位匹配的方法實(shí)現(xiàn)了高效的二次諧波產(chǎn)生，而且相位匹配條件可以通過(guò)控制石墨烯包覆納米線對(duì)的間距在不同頻率處實(shí)現(xiàn)。
　　3.提出并研究了在一對(duì)單模石墨烯包覆納米線中的非線性定向耦合的效應(yīng)。通

4、過(guò)非共軛洛倫茲互易性定理建立了用于描述非線性耦合過(guò)程的非線性耦合模方程。在單模石墨烯包覆納米線對(duì)中的耦合行為可以通過(guò)輸入光功率來(lái)控制。
　　4.提出并研究了一種基于石墨烯Split-Ring諧振腔的可調(diào)諧表面等離波濾波器。石墨烯Split-Ring諧振腔中支持兩種具有相反對(duì)稱(chēng)性的諧振模式而且兩者對(duì)于Split-Ring結(jié)構(gòu)的開(kāi)口方向有不同的敏感性。該濾波器的濾波特性可以通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯Split-Ring諧振腔的多種參數(shù)來(lái)靈活控制。

5、
　　5.提出并研究了一種基于金-空氣-金結(jié)構(gòu)的縫隙Plasmonic波導(dǎo)的可調(diào)諧濾波器。通過(guò)在單?？p隙Plasmonic波導(dǎo)中引入周期性缺陷形成布拉格光柵結(jié)構(gòu)。利用表面等離波模式對(duì)空氣縫隙大小的敏感性，通過(guò)在兩層金屬之間施加可變靜電場(chǎng)，使得金層在庫(kù)侖力的作用下產(chǎn)生形變來(lái)調(diào)諧空氣縫隙的大小，從而改變滿足布拉格條件的諧振波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)一種可調(diào)諧表面等離波濾波器。
　　6.提出并研究了一種在金-空氣-金波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中基于多模干涉效應(yīng)2×