【摘要】：由于傳統(tǒng)的激光器受到衍射極限的影響,三維方向上的尺寸必須要大于半個光學(xué)波長,因此很難進一步將其尺寸縮小到納米尺度。為了實現(xiàn)亞波長尺度光的控制,目前的一個方法是引入表面等離子體激元結(jié)構(gòu),這種方法在消除衍射極限的影響方面起到了很重要的作用。目前在應(yīng)用表面等離子體激元結(jié)構(gòu)的技術(shù)方面,面臨的最主要的挑戰(zhàn)是如何在降低來自于金屬方面的傳播損耗的同時實現(xiàn)能量高局域化傳播。 在本文中,首先簡要介紹近些年來關(guān)于納米激光器和表面等離子體方面相關(guān)研究的進展情況,其次分析表面等離子體的基本理論以及計算電磁學(xué)中的數(shù)值方法,重點分析時域有限差分法和有限元法。 接下來本文提出了5種表面等離子體波導(dǎo)模型,包括擁有對稱銀膜的邊界耦合的雜化表面等離子體波導(dǎo)、對稱銀膜邊角處圓化后的邊界耦合的雜化表面等離子體波導(dǎo)、以MgF2為夾層的雜化表面等離子體波導(dǎo)、納米線被銀膜包圍后的雜化表面等離子體波導(dǎo)、包圍納米線的銀膜邊角處圓化后的雜化表面等離子體波導(dǎo)模型。通過Comsol Multiphysics軟件來建立5種模型,并使用有限元法對不用幾何尺寸下的模型進行仿真計算,對比分析幾何參數(shù)對波導(dǎo)模式特性和激光閾值的影響,幾何參數(shù)包括作為增益介質(zhì)的納米線的半徑,納米線和金屬層間隔的寬度,金屬薄膜邊角處圓化后的半徑等等,其中有效折射率、有效傳播損耗、歸一化的模式面積和限制因子用于反映模式特性。通過對計算結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),光場的能量主要集中在夾層中,通過減小夾層的厚度,同時對金屬薄膜的邊角處進行圓化,圓化的半徑越大,激光閾值越小,從而實現(xiàn)光的低損耗和能量高局域化傳播。這一結(jié)論對表面等離子波導(dǎo)在低閾值納米激光器的進一步研究有重要的意義。
【圖文】：

對模型進行計算求解

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本文編號：2536021