金屬—分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)中的光學(xué)Tamm態(tài).pdf

1、光學(xué)Tamm態(tài)(OTS)是由固體物理中的Tamm態(tài)類(lèi)比而來(lái),由A.V.Kavokin等人于2005年首次提出。固體物理中的Tamm態(tài)指的是一種電子局域表面態(tài),而OTS是一種界面模,即與OTS相應(yīng)的增強(qiáng)的場(chǎng)局域在兩不同材料的分界面處。OTS廣泛的存在于一維光子晶體異質(zhì)結(jié)和金屬-分布式Bragg反射鏡(DBR)結(jié)構(gòu)中。與傳統(tǒng)的表面模相比,OTS可由 TE或 TM偏振光直接激發(fā),無(wú)需特定的入射角,即使是在垂直入射情形下也可以激發(fā)。在反射譜中,

2、OTS與光子帶隙范圍內(nèi)尖銳的反射dip相聯(lián)系,具有較窄的半高譜寬,可用于濾波器及高靈敏度傳感器的設(shè)計(jì)。此外,OTS還在極化激元激光器(有腔或無(wú)腔)、光開(kāi)關(guān)、增強(qiáng)的Faraday旋轉(zhuǎn)與增強(qiáng)的Kerr效應(yīng)等領(lǐng)域有著潛在的或?qū)嶋H的應(yīng)用價(jià)值,因此對(duì)OTS的研究在近年來(lái)倍受關(guān)注。
　　本論文以含金屬薄膜的平面半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,基于傳輸矩陣方法,理論揭示了多重光學(xué)Tamm態(tài)的存在,發(fā)現(xiàn)了由本征能量相同的兩OTS耦合所導(dǎo)致的模的劈裂現(xiàn)象,探

3、討了由OTS與量子阱激子的強(qiáng)相互作用所形成的Tamm等離子體極化激元(TPP)的特性及伴隨的Rabi劈裂現(xiàn)象。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)平面波垂直入射到金屬-DBR結(jié)構(gòu)中,通過(guò)改變與金屬銀薄膜相鄰電介質(zhì)層(top layer)的厚度,發(fā)現(xiàn)反射譜中光子帶隙范圍內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)反射dip。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這些反射dip是由金屬-top layer界面處不同本征能量的OTS的激發(fā)所造成的。OTS的本征能量主要依賴(lài)于top layer

4、的厚度并隨著top layer厚度的變化在帶隙范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。在特定的波長(zhǎng)下,OTS隨著top layer厚度的變化而周期性的出現(xiàn)。并給出了在實(shí)驗(yàn)上比較易于觀測(cè)到該結(jié)構(gòu)中OTS的金屬銀薄膜的厚度范圍。最后指出多重光學(xué)Tamm態(tài)可應(yīng)用于光通訊系統(tǒng)中多通道濾波器的設(shè)計(jì)。
　　(2)將兩個(gè)金屬-DBR結(jié)構(gòu)通過(guò)金屬薄膜連接在一起用于研究?jī)蒓TS的耦合作用,合理的設(shè)計(jì)與金屬薄膜相鄰的兩電介質(zhì)層的厚度,使得在金屬薄膜兩側(cè)界面處激發(fā)的OTS的本

5、征能量相同。發(fā)現(xiàn)在反射譜中光子帶隙范圍內(nèi)存在著模的劈裂現(xiàn)象,劈裂成高能量分支(HEB)和低能量分支(LEB),且劈裂的能量隨著金屬銀薄膜厚度的減小而增大。依據(jù)電場(chǎng)在該結(jié)構(gòu)中的空間分布,我們指出HEB和LEB并非與兩個(gè)獨(dú)立的OTS相對(duì)應(yīng),而是分別對(duì)應(yīng)于兩OTS的反對(duì)稱(chēng)耦合和對(duì)稱(chēng)耦合。HEB和LEB的差頻處于寬廣的太赫茲范圍內(nèi),且隨著金屬銀薄膜厚度的變化連續(xù)可調(diào),可應(yīng)用于太赫茲發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)。
　　(3)研究了含量子阱工作物質(zhì)的金屬-

6、DBR結(jié)構(gòu)中OTS與量子阱激子間的相互作用。通過(guò)改變金屬銀薄膜的厚度來(lái)調(diào)節(jié)OTS的本征頻率,當(dāng)OTS的頻率與量子阱激子的頻率相近時(shí),OTS與激子的強(qiáng)相互作用形成TPP,并分裂成高能量TPP分支和低能量TPP分支,在反射譜中則呈現(xiàn)出明顯的反交叉現(xiàn)象。改變量子阱在與金屬相鄰的電介質(zhì)層top layer中的位置,發(fā)現(xiàn)Rabi劈裂能量隨量子阱位置的變化在空間上呈周期性的振蕩。量子阱處在top layer中電場(chǎng)的波腹位置處,Rabi劈裂能量達(dá)最大