發(fā)布時間：2020-04-29 21:45

【摘要】：金屬-分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector,DBR)結構可以支持特殊的光學Tamm態(tài)(Optical Tamm State,OTS)。與金屬膜支持的表面等離激元模式相比,OTS模式不僅可以更容易地同時被TE和TM偏振光激發(fā),而且具有更窄的線寬,可以在界面處產(chǎn)生更強的局域電場,因而成為微納光子學的一個研究熱點,在濾波、高靈敏傳感器、光開關、光邏輯器件等方面有著總要的應用前景。本論文圍繞金屬-DBR型的Tamm等離激元微腔設計以及Tamm等離激元與激子之間的強耦合相互作用開展了以下工作:1.金屬超構表面-DBR結構中Tamm等離激元及其與激子互作用的研究。我們在傳統(tǒng)的金屬薄膜-DBR結構的Tamm等離激元微腔中,通過將金屬薄膜結構化形成超構表面發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)超構表面的結構參數(shù)可以引起光在其表面反射位相的變化,從而可以在其他結構參數(shù)不改變的條件下改變Tamm等離激元的共振位置,為Tamm等離激元模式的調(diào)控提供了更多自由度。此外,相比于傳統(tǒng)金屬薄膜-DBR結構,我們發(fā)現(xiàn)超表面的引入及其對反射位相的調(diào)控使得金屬超構表面-DBR結構可以在更小的間隔層厚度支持共振在相同波長處的Tamm等離激元,從而可以有效降低模式體積。在此基礎上,我們對比研究了金屬薄膜-DBR和金屬超表面-DBR兩種結構中Tamm等離激元與激子的相互作用,我們發(fā)現(xiàn)在間隔層放入等量的少量激子時,傳統(tǒng)的金屬薄膜-DBR中僅發(fā)生無Rabi劈裂的弱耦合,而在金屬超表面-DBR中發(fā)生了具有明顯Rabi劈裂的強耦合。2.金屬薄膜-DBR-金屬薄膜結構中Tamm等離激元耦合效應及其與激子互作用的研究。我們設計了一種支持雙Tamm等離激元的金屬-DBR-金屬結構,發(fā)現(xiàn)當DBR兩側間隔層厚度接近時,場局域在DBR兩側金屬界面的兩個共振在相同波長的Tamm等離激元模式之間會發(fā)生耦合,并且耦合強度隨DBR中折射率對比度的下降而增加。通過在金屬-DBR-金屬結構一側的間隔層中引入激子材料,我們模擬計算了反射譜,發(fā)現(xiàn)在這種情況下Tamm等離激元與激子耦合產(chǎn)生的Rabi劈裂大小可以達到710meV,相比于僅支持單個Tamm等離激元的金屬-DBR結構中觀察到的Rabi劈裂大小增加了540meV,同時厚度減少了900nm。同時,我們根據(jù)量子耦合理論模型,分析了單Tamm等離激元以及耦合雙Tamm等離激元與激子的強相互作用,理論分析的結果與模擬計算一致。我們發(fā)現(xiàn)耦合雙Tamm等離激元與激子的耦合強度相比單Tamm等離激元與激子耦合強度提高了近4倍,為實現(xiàn)等離激元-激子超強耦合提供了新的可行思路。
【圖文】：

緒論逡逑是一維光子晶體，如圖１所示。當光入射到其中一個邊界上時，比如在折射率化逡逑Ｊ邋１１１１逡逑圖１布拉格反射鏡的示意圖逡逑和７１２的界面時，光束根據(jù)菲涅爾公式進行部分反射、部分透射�？紤]周期性結構逡逑的多個邊界時，每個界面的反射和折射會彼此產(chǎn)生干擾。逡逑一般，布拉格反射鏡結構中的每層介質(zhì)層具有相同的光程：逡逑Ｔｉｉｄ１邋＝邋ｎ２ｄ２逡逑其中，心和心分別為折射率ｎｄｎｎ２的介質(zhì)層厚度。對于特定頻率￡00的光，若逡逑每層介質(zhì)層的光程是自由空間波長的四分之一時，則所有反射光是同相的，發(fā)生逡逑相長干涉。對于具有足夠層數(shù)的布拉格反射鏡，這種相長干涉會導致在給定頻率逡逑處和附近的反射率接近于１。因此，布拉格反射鏡可以看作是對于特定頻率的逡逑一定范圍內(nèi)的高反反射鏡。布拉格反射鏡高反頻率范圍稱作光子帶隙。在平面結逡逑構中

ｒ邐＊逡逑圖２光子晶體上的表面波。（ａ）由兩種電介質(zhì)的雙層組成的ＩＤ光子晶體；（ｂ）由介電圓柱體逡逑制成的２Ｄ光子晶體。（ｃ）邋３Ｄ光子晶體，，木樁結構，由介電棒組成。最外層可以具有與其他層不逡逑同的厚度。引自文獻［６］逡逑一
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O43

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本文編號：2645033