發(fā)布時(shí)間：2021-06-06 18:15

　　表面等離激元具有極強(qiáng)的局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng),能突破光學(xué)衍射極限,為納米尺度上光的調(diào)控提供了一種可能的途徑,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)集成光子學(xué)器件的最優(yōu)方式之一,近年來(lái)已發(fā)展成一門新型的學(xué)科——表面等離激元光子學(xué)。將基于有限元的COMSOL軟件引入表面等離激元光學(xué)的教學(xué)過(guò)程中,能有效地將科學(xué)前沿與研究生課程教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起,用學(xué)科的前沿案例吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,用課程的系統(tǒng)性理論提供科學(xué)研究的新思路,以達(dá)到科研與教學(xué)互相促進(jìn)的作用。本文結(jié)合筆者9年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),以COMSOL在表面等離激元光波導(dǎo)教學(xué)中的應(yīng)用為例,介紹波導(dǎo)模面積和傳播常數(shù)等工作參量的求解過(guò)程,加深了學(xué)生對(duì)表面等離激元波導(dǎo)模式的理解,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,提高學(xué)生仿真實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)新型波導(dǎo)的創(chuàng)新能力,對(duì)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有積極作用。 

【文章來(lái)源】：科技視界. 2019,(19)

【文章頁(yè)數(shù)】：2 頁(yè)

【部分圖文】：

不同半徑情況下的模面積和傳播距離（b）傳播距離與半徑的

科技創(chuàng)新科技視界Science&TechnologyVision科技視界Science&TechnologyVision效模面積定義為：Am=乙P（x,y）dxdy/max[P（x,y）]，其中P（x,y）=E（x，y）×H（x，y）是能流密度（波印廷矢量）。傳播距離L=λ/[4πIm（Neff）]。COMSOLRF模塊的模態(tài)分析（ModeAnalysis）可方便求解以上方程�？紤]半徑R=60nm的銀圓柱納米線波導(dǎo)，置于折射率為1.5的油中。設(shè)工作波長(zhǎng)為λ=632.8nm，銀的有效介電函數(shù)為：n=0.0273+4.2241i。其最低階的三個(gè)模式如圖1所示，且有效模指數(shù)分別為：Neff1=1.9055+0.0052069i,其模場(chǎng)不依賴于方位角（模式m=0）和Neff2=Neff3=1.5506+0.001366i，為簡(jiǎn)并模式，分別為x方向和y方向的偶極模（模式m=±1），具有相同的模面積和傳播距離。圖1銀圓柱納米線波導(dǎo)最低階的三個(gè)模式圖2展示了不同半徑情況下以上兩種情況下的模面積和傳播距離，其中A0=λ2/4，由圖2（a）我們發(fā)現(xiàn)：隨著半徑的增大，基模（m=0）模面積增大，而高階模（m=1）模面積急劇減小，當(dāng)R=70nm附近時(shí)，具有相同的模面積。對(duì)于傳播距離（圖2（b）），低階模式隨著半徑的增大傳播距離增大，而高階模式恰恰相反，傳播距離急劇減小，在所考慮的半徑范圍內(nèi)，高階模式傳播距離均大于低階模式。（a）模面積與半徑的關(guān)系（b）傳播距離與半徑的關(guān)系圖2不同半徑情況下的模面積和傳播距離利用以上方法，我們可研究各種不同截面形狀和材料構(gòu)成的波導(dǎo)，譬如雜化波導(dǎo)[10-11]，介質(zhì)波導(dǎo)[12-13]，表面等離激元波導(dǎo)[

科技創(chuàng)新科技視界Science&TechnologyVision科技視界Science&TechnologyVision效模面積定義為：Am=乙P（x,y）dxdy/max[P（x,y）]，其中P（x,y）=E（x，y）×H（x，y）是能流密度（波印廷矢量）。傳播距離L=λ/[4πIm（Neff）]。COMSOLRF模塊的模態(tài)分析（ModeAnalysis）可方便求解以上方程�？紤]半徑R=60nm的銀圓柱納米線波導(dǎo)，置于折射率為1.5的油中。設(shè)工作波長(zhǎng)為λ=632.8nm，銀的有效介電函數(shù)為：n=0.0273+4.2241i。其最低階的三個(gè)模式如圖1所示，且有效模指數(shù)分別為：Neff1=1.9055+0.0052069i,其模場(chǎng)不依賴于方位角（模式m=0）和Neff2=Neff3=1.5506+0.001366i，為簡(jiǎn)并模式，分別為x方向和y方向的偶極模（模式m=±1），具有相同的模面積和傳播距離。圖1銀圓柱納米線波導(dǎo)最低階的三個(gè)模式圖2展示了不同半徑情況下以上兩種情況下的模面積和傳播距離，其中A0=λ2/4，由圖2（a）我們發(fā)現(xiàn)：隨著半徑的增大，基模（m=0）模面積增大，而高階模（m=1）模面積急劇減小，當(dāng)R=70nm附近時(shí)，具有相同的模面積。對(duì)于傳播距離（圖2（b）），低階模式隨著半徑的增大傳播距離增大，而高階模式恰恰相反，傳播距離急劇減小，在所考慮的半徑范圍內(nèi)，高階模式傳播距離均大于低階模式。（a）模面積與半徑的關(guān)系（b）傳播距離與半徑的關(guān)系圖2不同半徑情況下的模面積和傳播距離利用以上方法，我們可研究各種不同截面形狀和材料構(gòu)成的波導(dǎo)，譬如雜化波導(dǎo)[10-11]，介質(zhì)波導(dǎo)[12-13]，表面等離激元波導(dǎo)[

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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