發(fā)布時(shí)間：2021-02-04 18:53

　　表面等離激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）是金屬表面電子在外部電磁場作用下產(chǎn)生沿金屬-電介質(zhì)或金屬-空氣交界面?zhèn)鞑サ募t外或可見光波段的電磁波。因?yàn)槠淠茉趤啿ㄩL尺度上對光進(jìn)行控制和約束,所以在生物化學(xué)傳感、光子集成電路等亞波長光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。表面等離激元定向發(fā)射器是光學(xué)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)元件,在未來的光子集成電路中有著巨大的發(fā)展前景。因此,表面等離激元定向發(fā)射器一直是表面等離激元領(lǐng)域的重要研究課題。眾多研究學(xué)者對表面等離激元定向發(fā)射器的結(jié)構(gòu)類型提出了多種設(shè)計(jì)方案,如凹槽型、狹縫型等。然而,設(shè)計(jì)的表面等離激元定向發(fā)射器的性能仍有較大的提升空間,通過優(yōu)化算法優(yōu)化定向發(fā)射器的結(jié)構(gòu)參數(shù),可進(jìn)一步提高其定向耦合的性能。本文采用MATLAB遺傳算法與COMSOL聯(lián)合仿真的方法,優(yōu)化了準(zhǔn)周期狹縫型表面等離激元定向發(fā)射器以及非周期狹縫型表面等離激元定向發(fā)射器的幾何參數(shù),使其定向耦合能力有較大幅度的提升。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于不依賴初始結(jié)構(gòu),在任意初始結(jié)構(gòu)參數(shù)下,經(jīng)過遺傳算法40代左右的優(yōu)化,所有狹縫型表面等離激元定向發(fā)射器的消光比均大于60dB。本文所使用的MATLA... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SPPs傳播界面示意圖

SPPs 的色散關(guān)系圖。其中，曲線Ⅰ為光在真空中的色散關(guān)系；曲線Ⅱ?yàn)?SPP氣分界面上傳播的色散關(guān)系；曲線Ⅲ為 SPPs 共振頻率在其波矢趨于無限時(shí)的圖 1.2 中我們可以看出，在低頻區(qū)域 SPPs 的色散關(guān)系曲線與光在真空中傳播的為接近，但 SPPs 波矢的值要略大于光在真空中傳播的波矢；在高頻區(qū)域 SPPs會隨著頻率的增加，逐漸偏離了光在真空中的波矢，且 SPPs 的頻率的極限值為在正常的金屬和介質(zhì)層分界面上是不能夠激發(fā) SPPs 的。表面等離激元的激發(fā)方式圖 1.2 中我們可以清楚看到，相同頻率下，SPPs 的波矢要大于光在真空中的波金屬-介質(zhì)層結(jié)構(gòu)是無法激發(fā) SPPs 的。我們可以采取改變平滑金屬表面結(jié)構(gòu)的Ps 的波矢匹配條件，這里將介紹幾種 SPPs 的激發(fā)方式。1 棱鏡耦合鏡耦合是通過衰減全反射原理，在空氣和金屬分界面上激發(fā) SPPs，有 Kretschm

使得波矢匹配條件得以滿足，即k = ± ，從而激發(fā) SPPs。除了通過周期性結(jié)構(gòu)，也可利用金屬層表面的缺陷來激發(fā) SPPs，如金屬上的單一凹槽等。1.3.2.3 波導(dǎo)模耦合波導(dǎo)模式耦合[18]如圖 1.3（c）所示。當(dāng)光波在波導(dǎo)中傳播時(shí)，會在波導(dǎo)兩側(cè)產(chǎn)生倏逝波，此時(shí)若在波導(dǎo)的一側(cè)鍍上金屬層，則可以利用倏逝波在金屬與介質(zhì)分界面上激發(fā)出 SPPs。1.3.2.4 強(qiáng)聚焦光束耦合強(qiáng)聚焦光束耦合[19]如圖 1.3（d）所示。我們把高數(shù)值孔徑的顯微物鏡靠近鍍在介質(zhì)層上的金屬薄膜，其中顯微物鏡和金屬薄膜之間有一層很薄浸油層。因?yàn)椴捎昧烁邤?shù)值孔徑的顯微物鏡，被聚焦的入射光就可以擁有較大的入射角，使得波矢匹配條件得以滿足，進(jìn)而可以激發(fā) SPPs1.3.2.5 近場激發(fā)耦合近場激發(fā)耦合[20]如圖 1.3（e）所示。使用亞波長量級的探針在金屬層上方進(jìn)行照射，因?yàn)樘结樀谋旧磔^為微小，從探針尖端發(fā)出的光波的光矢量便可以滿足 SPPs 的波矢匹配條件，從而激發(fā) SPPs。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3018776