本文關(guān)鍵詞：MIM波導(dǎo)耦合諧振腔系統(tǒng)中Fano共振效應(yīng)及其傳感特性研究

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【摘要】：表面等離極化激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)為金屬表面自由電子與入射光子相互作用產(chǎn)生的沿金屬表面?zhèn)鞑サ碾姾擅芏炔?其具有突破光衍射極限的能力,使得在亞波長(zhǎng)尺度對(duì)光進(jìn)行操作成為可能。隨著研究的不斷深入,基于SPPs的光子器件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光開關(guān)、濾波器、生化傳感等領(lǐng)域。基于金屬-介質(zhì)-金屬(Metal-Insulator-Metal,MIM)波導(dǎo)的SPPs微納傳感器因具有體積小、靈敏度高和易于集成等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。最近研究表明基于波導(dǎo)耦合諧振腔結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生一些新穎的非線性光學(xué)效應(yīng),如Fano共振、電磁誘導(dǎo)透明。Fano共振效應(yīng)是一種弱耦合作用,其對(duì)結(jié)構(gòu)參量和周圍介質(zhì)的變化異常敏感。因此,利用SPPs波導(dǎo)耦合諧振腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的Fano共振效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)高靈敏SPPs傳感器是一種非常有希望的途徑。本論文基于耦合模理論(Coupled Mode Theory,CMT)和有限元方法(Finite element method,FEM),研究了MIM波導(dǎo)耦合諧振腔結(jié)構(gòu)中的Fano共振現(xiàn)象,并設(shè)計(jì)了三種基于Fano共振效應(yīng)的高靈敏折射率傳感器,主要工作簡(jiǎn)述如下:1、設(shè)計(jì)了MIM波導(dǎo)耦合齒形和圓環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu),利用有限元方法仿真分析了該結(jié)構(gòu)傳播特性和折射率傳感特性,結(jié)果在波導(dǎo)耦合諧振腔結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了Fano共振。研究結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)折射率靈敏度為1057 nm/RIU,FOM值為1016�；隈詈夏＠碚撛敿�(xì)分析了該耦合結(jié)構(gòu)Fano共振的產(chǎn)生機(jī)理。此外,設(shè)計(jì)了兩種衍生結(jié)構(gòu),在衍生結(jié)構(gòu)的透射光譜中觀察到了多個(gè)Fano共振峰,進(jìn)一步研究了衍生結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)分布與結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)Fano共振線型的影響。2、設(shè)計(jì)了MIM波導(dǎo)耦合矩形和圓環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu),采用有限元方法研究了該結(jié)構(gòu)的傳播特性,結(jié)果在透射光譜中觀察到了非對(duì)稱的Fano共振線型。該結(jié)構(gòu)的Fano共振是由矩形諧振腔的寬譜共振和圓環(huán)形諧振腔的窄譜共振相互耦合疊加所產(chǎn)生,基于耦合模理論對(duì)Fano共振效應(yīng)進(jìn)行了分析。此外,研究了該結(jié)構(gòu)的折射率傳感特性,優(yōu)化參數(shù)后,該結(jié)構(gòu)的最大折射率靈敏度達(dá)到1125 nm/RIU。3、設(shè)計(jì)了缺陷MIM波導(dǎo)耦合劈裂環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的透射光譜呈現(xiàn)為明顯的非對(duì)稱Fano共振線型。研究表明該Fano共振線型可通過(guò)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)控,同時(shí)也探究了該結(jié)構(gòu)Fano共振效應(yīng)對(duì)折射率的敏感性,經(jīng)優(yōu)化后該耦合結(jié)構(gòu)折射率靈敏度達(dá)1200 nm/RIU。本文設(shè)計(jì)了三種MIM波導(dǎo)耦合諧振腔結(jié)構(gòu),分析了不同結(jié)構(gòu)的光傳播特性,上述工作可對(duì)基于MIM波導(dǎo)耦合諧振腔系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)Fano共振效應(yīng)提供一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 徐地虎;胡青;彭茹雯;周昱;王牧;;金屬微結(jié)構(gòu)納米線中等離激元傳播和分光特性[J];物理學(xué)報(bào);2015年09期

2 王振林;;表面等離激元研究新進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2009年03期

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本文編號(hào)：1297031