基于表面等離激元提出一種由半圓環(huán)諧振空腔、擋板及直波導(dǎo)構(gòu)成的金屬-介質(zhì)-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。當(dāng)入射光波進(jìn)入該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí),半圓環(huán)諧振腔形成兩個(gè)較窄的離散態(tài)與金屬擋板形成較寬的連續(xù)態(tài)發(fā)生干涉效應(yīng),并形成兩個(gè)尖銳非對(duì)稱的共振譜,即兩種模式的Fano共振。運(yùn)用耦合模式理論和有限元分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)的傳輸譜特性進(jìn)行數(shù)值仿真分析,研究結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)折射率參數(shù)對(duì)傳輸品質(zhì)因數(shù)和敏感度特性的影響。通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,發(fā)現(xiàn)可通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)和優(yōu)化,并得到兩個(gè)模式下的品質(zhì)因數(shù)分別為3.05×10⁵和4.59×10⁵,對(duì)應(yīng)的靈敏度分別為800nm/RIU和1160nm/RIU（RIU為折射率單元）。這種靈活的雙重Fano共振結(jié)構(gòu)在納米生物傳感器、非線性光學(xué)和慢光研究中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020,57(13)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

耦合半圓環(huán)諧振空腔結(jié)構(gòu)

由（7）式可以看到，無擋板時(shí)（t=1,r=0),1/τo1、1/τo2、1/τe1和1/τe2均為常數(shù)，且遠(yuǎn)小于j（ω-ω1,2）（ω≠ω1,2），此時(shí)，透射率比較大，在ω變化過程中，當(dāng)ω值等于或接近ω1,2時(shí)，透射率曲線急劇下降，形成兩個(gè)較窄的洛倫茲共振線譜，即兩種模式的離散譜，如圖2(a）虛線所示；只有擋板沒有空腔時(shí)，產(chǎn)生了具有較低透射率的連續(xù)譜，如圖2(a）實(shí)線所示。當(dāng)擋板和半圓環(huán)諧振腔同時(shí)存在時(shí)，兩個(gè)低階離散狀態(tài)與一個(gè)連續(xù)態(tài)相互耦合使系統(tǒng)產(chǎn)生兩種模式的Fano共振峰（定義為FR1和FR2），如圖2(b）所示，波長λ在794nm和1150nm處的兩個(gè)共振峰的透射率分別為0.73和0.49。在半圓環(huán)諧振腔內(nèi)，定義一個(gè)周期內(nèi)光波傳播的相位變化為Δφ=4πneffLeff/λ+2φ，其中Leff=(3.5+π）R-(2+0.5π）d近似表示空腔的有效長度，φ表示在金屬-介質(zhì)界面因SPPs反射引起的相位變化，k0=2π/λ0表示自由空間波數(shù)，λ0表示光在真空中的波長，neff=β/k0表示有效折射率，β為SPPs相位傳播常數(shù)，λ為共振波長。當(dāng)Δφ=2iπ（i=0,1,2,3，…）時(shí)，空腔內(nèi)可形成穩(wěn)定的駐波，正整數(shù)i表示駐波SPPs的波腹數(shù)目，故λ[30-31]可表示為

通過透射譜的兩個(gè)波峰和兩個(gè)波谷處的磁場(chǎng)分布，來更深入地了解Fano共振的形成機(jī)制，如圖3所示，這里為歸一化的磁場(chǎng)分布。圖3(a）和3(d）為半圓環(huán)諧振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)共振峰波長為794nm處和1150nm處的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)分布，此時(shí)磁場(chǎng)主要分布在諧振腔內(nèi)，并分別形成了兩種不同模式的波腹，這兩種高階諧振模式在半圓環(huán)諧振腔內(nèi)被激發(fā)，很難泄漏到MIM波導(dǎo)中，這在等離子諧振器中產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)烈的捕獲共振，并在傳輸光譜中產(chǎn)生了尖銳非對(duì)稱的Fano共振線形。圖3(b）和3(c）分別為半圓環(huán)諧振空腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)共振波谷波長為852nm處和1100nm處的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)分布，光波在半圓環(huán)腔內(nèi)被反射后傳輸?shù)讲▽?dǎo)中，與在波導(dǎo)管傳播的光波相位相反，此時(shí)發(fā)生相消干涉，使得電磁波大量集中在入射端處，因此出現(xiàn)零透射現(xiàn)象。3 系統(tǒng)傳輸特性分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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