基于相位調(diào)制的表面等離激元動態(tài)調(diào)控研究.pdf

1、表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是一種束縛在金屬/介質(zhì)分界面?zhèn)鞑サ碾娮?光子混合表面波，具有波長小于激發(fā)光波長、電場強(qiáng)度增強(qiáng)大、對介質(zhì)折射率變化敏感等特點(diǎn)，在高靈敏度生物傳感器、納米激光器、等離激元光鑷、等離激元芯片、等離激元熱療法、全光器件、太陽能電池和隱身等方面得到了廣泛的應(yīng)用，非常有潛力發(fā)展為下一代全光集成芯片中的信號傳輸媒介。因此，許多研究小組對表面等離激元的調(diào)控特性進(jìn)行了研究，但他

2、們的研究大多利用固定的激發(fā)結(jié)構(gòu)對表面等離激元的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，一種結(jié)構(gòu)只能對應(yīng)于一種特定的表面等離激元分布，無法對表面等離激元實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)控。本文在前人的工作基礎(chǔ)上，提出了一種基于入射光相位調(diào)制的表面等離激元動態(tài)調(diào)控方法。為證明這種方法的普適性，本文用這種方法產(chǎn)生了多種表面等離激元分布，如余弦高斯等離體光束、艾利表面等離子體光束、等離子體的聚焦等，并以動態(tài)耦合為例說明了其在全光芯片通信中的潛在應(yīng)用。
　　論文第一章對表面等離激元進(jìn)行了

3、概述性介紹，回顧了其產(chǎn)生和發(fā)展的歷史背景，對金屬獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了說明，推導(dǎo)了表面等離激元場的具體形式和色散方程，利用色散方程說明了表面等離激元激發(fā)的必要條件—波矢補(bǔ)償。本章最后介紹了表面等離激元的激發(fā)方式和應(yīng)用。
　　第二章系統(tǒng)介紹了表面等離激元動態(tài)調(diào)控的理論研究方法，對每一種表面等離激元激發(fā)結(jié)構(gòu)，文章都介紹了相應(yīng)的解析計(jì)算模型:對于衰減全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離激元，用角譜傳播法進(jìn)行解析計(jì)算;對于緊聚焦結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離激元，考

4、慮到光束的矢量性，用Richards-Wolf矢量衍射理論進(jìn)行解析計(jì)算;對于光柵結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離激元，用處理表面波傳播的矢量衍射理論進(jìn)行解析計(jì)算;最后介紹了適用性最廣的電磁場數(shù)值模擬方法—時域有限差分法，可以對任意結(jié)構(gòu)中電磁場分布進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，用于對前面解析計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證。
　　第三章為表面等離激元動態(tài)調(diào)控的理論與實(shí)驗(yàn)研究，具體介紹了本文提出的基于相位調(diào)制的表面等離激元動態(tài)調(diào)控方法。首先對其他研究小組關(guān)于表面等離激元的調(diào)控工作進(jìn)行

5、了概述，指出表面等離激元動態(tài)調(diào)控的必要性;然后對基于相位調(diào)制的表面等離激元動態(tài)調(diào)控進(jìn)行了詳細(xì)研究，理論上我們建立了表面等離激元動態(tài)調(diào)控的解析模型，對表面等離激元的動態(tài)調(diào)控進(jìn)行理論研究，實(shí)驗(yàn)上設(shè)計(jì)并搭建了用于表面等離激元動態(tài)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于表面等離激元動態(tài)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究，最后用本文提出的方法產(chǎn)生了多種表面等離激元分布，如余弦表面等離激元光束、艾利表面等離激元光束、等離激元的聚焦等，并以動態(tài)耦合為例說明了其在全光芯片通信中的潛在應(yīng)用。<