基于Tamm等離激元的光學(xué)雙穩(wěn)器件研究.pdf

1、光學(xué)Tamm等離激元(OTP)作為一種新型的金屬表面等離激元(SPP)，因為其易于激發(fā)、對環(huán)境折射率敏感和強局域化的特性，已經(jīng)得到越來越多的關(guān)注，并已應(yīng)用于各類光集成和傳感器件中。同時激發(fā)表面等離激元和光學(xué)Tamm等離激元的光學(xué)器件在工作波長范圍、非線性增強效應(yīng)和控制自由度方面更具有優(yōu)勢，為未來光信息處理和光存儲領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新途徑，值得更深入的研究。
　　本文研究一種混合型的表面等離激元光子結(jié)構(gòu)：金屬-電介質(zhì)-金屬-分布式布拉

2、格反射鏡(MDM-DBR)，該結(jié)構(gòu)由激發(fā)SPP的金屬-電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，激發(fā)OTP的金屬-DBR結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，能夠同時產(chǎn)生SPP、OTP和混合表面等離激元(HPP)三種等離激元效應(yīng)，在反射譜中表現(xiàn)為三個尖銳的dip對應(yīng)這三種效應(yīng)的諧振波長。三個等離激元的光局域場分布各不相同，其中SPP局域場分布在金屬-電介質(zhì)界面， OTP局域場分布在DBR中，HPP局域場在前兩者的分布區(qū)域都存在。結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層折射率的增大時，SPP諧振波長產(chǎn)生明顯紅移，其它兩

3、種等離激元諧振波長變化不明顯。
　　分析上述規(guī)律的基礎(chǔ)上，在對應(yīng)區(qū)域引入三階非線性Kerr介質(zhì)，作為非線性區(qū)，采用FDTD Solutions仿真工具構(gòu)建時間域上的動態(tài)仿真模型，并對入射光強在時域上進(jìn)行正反向掃描后，分別獲得三個等離激元的非線性雙穩(wěn)態(tài)機制。針對等離激元的雙穩(wěn)態(tài)特性，驗證了反射光和局域光的電場振幅變化，與雙穩(wěn)態(tài)的變化一致；分析了掃描速率對雙穩(wěn)區(qū)域?qū)挾鹊挠绊?，發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生明顯雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象后，隨掃描速率降低，雙穩(wěn)區(qū)寬度逐漸變

4、窄并趨于穩(wěn)定。
　　進(jìn)一步利用同時存在的三個等離激元的非線性雙穩(wěn)機制，設(shè)計了一個新型的光控雙穩(wěn)開關(guān)，結(jié)合非線性Kerr效應(yīng)以及HPP與SPP或OTP光局域場空間的重合關(guān)系，理論實現(xiàn)了通過激發(fā)HPP雙穩(wěn)態(tài)同時控制SPP、OTP的雙穩(wěn)態(tài)的功能：HPP的雙穩(wěn)激發(fā)光作為控制光源，光強度隨掃描時間變化；SPP和OTP的激發(fā)光作為信號光源，光強度穩(wěn)定不變；對控制光進(jìn)行正反向掃描時，HPP的雙穩(wěn)機制被激發(fā)，對應(yīng)非線性區(qū)域折射率的變化，同時引起S