隨著工業(yè)和社會的發(fā)展,人們對光學器件的集成提出了很高的要求。在這一背景下,表面等離激元作為目前唯一一種可以在亞波長范圍內(nèi)調(diào)控處理光學信號的手段而受到了廣泛的研究。在相關研究工作中,表面等離激元的非線性效應有大量的研究成果。然而可以發(fā)現(xiàn)的是,這些工作主要集中在了表面等離激元到空間光的非線性過程上,缺少由表面等離激元到表面等離激元的非線性過程,這實際上不利于將來光學集成設計。為了解決這個問題,本論文就表面等離激元到表面等離激元的非線性過程進行了研究。在進行該項研究之前,由于多數(shù)非線性介質(zhì)中往往具有各向異性性質(zhì),而這領域的相關工作成果較少,因此,我們也對表面等離激元的各向異性特性展開了研究。本文主要研究了表面等離激元各向異性特性和非線性特性。各向異性的研究中,我們發(fā)現(xiàn)了各向異性引起的新現(xiàn)象,并設計了相關器件。非線性的研究中,本論文主要研究了表面等離激元的二次諧波生成過程和實現(xiàn)倍頻波矢匹配的方法。本文主要的研究內(nèi)容與創(chuàng)新點如下:1.本論文設計仿真了一個包含各向異性介質(zhì)圓腔的金屬-介質(zhì)-金屬表面等離激元波導結(jié)構。發(fā)現(xiàn)由于填充了各向異性介質(zhì),導致圓腔內(nèi)的駐波場分布出現(xiàn)了隨波長增長而順時針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象... 

【文章來源】：北京郵電大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２三層表面等離激元結(jié)構示意圖

?北京郵電大學工學博士學位論文???｜?ｍ?ＭｉＶ??Ｉｔ�。迹�?＾??ｉｊｉｉｏ??ｚ＝ｄ?Ａ－－－－．一ＩＴ?“??２＝ｄ??圖１－３結(jié)構和結(jié)構內(nèi)盡分量示意圖。中間層厚度為忒場沿ｘ正方向傳播。（ａ）奇模式，（ｂ）偶模??式。引自文獻［２２〗。??顯然，式（１－２７）對于，來說是超越方程，無法獲得解析解，但是我們能用數(shù)??值解來了解＃的性質(zhì)。以ＭＩＭ結(jié)構為例，我們可以解出不同波長和不同中間層??厚度的情況下偶模式ＳＰＰ的等效折射率和傳播長度。圖１－４顯示的是銀－空氣－銀??結(jié)構中的ｔ青況。??＾??????—???６〇．＿．＿■＿￣￣—?—￣￣￣￣――￣￣￣??２．２．氣）Ｘ秦?＾?一一??．＇?ｊ?＾ｗ＾ＳＯａｎｉ?５０－?？？－？—？?？＊＊２０？８：＞??｜?２：０－?＼?１—＾??＇Ｚ?ｖ．?方?Ｖ，?爐：１?如卿?ｉ?ｍ?／?—？一?細《??魯?shù)?一＾＿?｜?’?／?一，腦細??Ｉ?ｖ，?Ｉ．?／?￣??Ｉ?１．６－?＾?．１?，?／?Ｚ??！，，■ｖ????４ｍ?＜ｍ?ｍ＞?ｕｍ?ｎｍ?ｈｏｏ?ｕｘ？ｏ?ｉｒｎ?２ｍｍ?ｍ?＜ｍ?ｓｏｏ?｛?〇ｍｉ?ｉ２＜）〇?１４００?＼ｘｍ?１?ｗ?２ｉ＞ｂｏ??Ｗａｖｅｆｅｎｇ＾ｓ｛＊ｗｎ）?ＷａｖｅＪｅａｇｔｈ（ｎｍ）??圖ｌ－４（ａ）不同介質(zhì)層厚度下等效折射率實部在４００到２０００ｎｍ波長范圍上的變化；（ｂ）不同介質(zhì)??層厚度下表面等離激元傳播長度在４００到２０００ｎｍ波長范圍上的變化。引自文獻［２３］。??從圖中我們可以得到關于ＭＩＭ結(jié)構中偶模式表面等離激元如下結(jié)論：等效??折射率隨著波長增加和

?緒論???０．８「?ｆ??＾?／??Ｑ．６??綱ｙ（１？ｇ，｝１Ｑ??ｆ－?？丨廣??ｆ??０．２?？?ｊ??〇〇?０?１?２?３?４??ｋｃ／（〇ｐ??圖１－５表面等離激元在界面上和光在介質(zhì)中的色散關系。其中參數(shù)Ｗ／）＝１１．９９８９＞＜ｌ〇ｌ５Ｓ＿ｌ為銀??的等離子體頻羋，ｅ，?＝?２．２５，為介質(zhì)介電常數(shù)。引自文獻［２＜１？??為了實現(xiàn)ＳＰＰ的激發(fā)，人們提出了多種激發(fā)方法，其中比較常見的有棱鏡??耦合激發(fā)［１６，１７］和光柵激發(fā)［２５］。??棱鏡稱合激發(fā)的結(jié)構如圖ｌ－６（ａ）和（ｂ）所不，分別為Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ結(jié)構和Ｏｔｔｏ??結(jié)構。這兩個結(jié)構的思路是一致的，均是利用棱鏡的高折射率放大自由傳播光的??波矢，使之能與空氣／金屬界面上ＳＰＰ波矢實現(xiàn)匹配，對應的色散關系如圖ｌ－６（ｃ）??所示。同時，Ｏｔｔｏ結(jié)構還可以用于微納光學器件的透射譜測量［２６］。??（ａ）?．?＿?，?（ｂ）?．，＼、?（ｃ）?－—■ｙ／＇ｖ＇？ｒ＞??＾Ｌ＿???Ｗａｖ＊?ｖｅｃｔｏｒ??圖１?－６?（ａ）?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ激發(fā)結(jié)構；（ｂ）?Ｏｔｔｏ激發(fā)結(jié)構；（ｃ）棱镋搞合結(jié)構實現(xiàn)表面等離激元激發(fā)波??矢匹配示意圖。引自文獻１１９】。??光柵激發(fā)結(jié)構示意圖如圖１－７所示。圖中光柵周期為ｐ，激發(fā)光的波矢為知，??入射角度為仏ＳＰＰ波矢為慫ｐｐ，根據(jù)光柵的特性，我們有［１９］：??２?ｗｏｔ??＾〇ｓｉｎ＾?＋?——＝?＾ｓｐｐ?（１－２８）??Ｐ??「?ｉ．，．．．．?、??圖１－７光柵激發(fā)結(jié)構示意圖。??１１??

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3061563