基于表面等离子体激元的亚波长光子器件关键技术研究

发布时间：2024-04-07 05:45

　　信息技术已然成为现代社会的根基与支柱,信息技术的快速发展对元器件的性能提出了严苛要求,要求其具有高速率、微型化、大容量等特点。传统电子器件固有的延迟、功耗、带宽等方面的缺陷,极大限制了其发展速度。相较之下,光子器件传输速率更快、通信带宽更大、器件尺寸更小,是新一代信息技术的重要基础与保障。但是光子器件的发展也面临着巨大的问题与挑战,由于存在衍射极限,传统光子器件尺寸始终无法突破亚波长量级,无法进一步提升集成度。近年来,随着亚波长电磁学的发展,研究学者们发现,在金属与介质交界面上存在着一种由自由电子与光子相互作用形成、被束缚于交界面上的特殊电磁波——表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)。SPPs波沿着金属表面传播,在垂直表方向以指数形式衰减,呈现出表面局域特性,可突破衍射极限,在亚波长尺度下实现光操控。因此,SPPs在光学领域内炙手可热。为实现SPPs光子器件的性能调控,传统方法为直接改变器件结构的几何参数。但该方法在器件制造完成后较难实现,对器件结构的改变不可逆,且其可控精度较低。针对该问题,本论文基于热光效应、电光效应、激光捕获、光涡旋光...

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.5(a)零折射率超材料[27];(b)超折射率超材料[28];(c)各向异性超材料[29];(d)完美吸收超材料[30].

追溯超材料的研究历程可以看出,其研究发轫于研究学者对负折射率材料的探索。1904年,科学家Arthur与Horace便开始思考负折射率材料的问题[23,24]。1968年,苏联理论物理学家Veselago于论文中系统性地阐述了在负折射材料中电磁波的传播特性[25],遗憾的是,之后....

图1.6(a)隐身斗篷结构示意图;(b)隐身斗篷的扫描电子显微镜照片[34].

图1.5(a)零折射率超材料[27];(b)超折射率超材料[28];(c)各向异性超材料[29];(d)完美吸收超材料[30].在超材料诸多研究领域中,其在军事科技领域内的研究价值显得极其重要,超材料的出现直接推动了军事武器装备电磁隐身技术的革新。研究学者们基于超材料提出了一种新....

图1.7金属与介质界面处生成表面等离子体激元[36].

自然界中的物质除了固态、液态、气态三种常见状态之外,还存在着第四种状态——等离子态。处于等离子态的物质被称为等离子体,其组成主要是被夺走了部分电荷的原子以及原子团被电离后产生的正负离子,整体表现出电中性,在运动过程中一般表现出明显的集体行为[35]。虽然等离子体在人类的日常生活中....

图1.8(a)莱克格斯杯[43];(b)巴黎圣母院玫瑰窗.

1902年,表面等离子体激元的研究迎来了重要的开端。美国约翰·霍普金斯大学R.W.Wood教授在进行金属光栅衍射实验时,观察并记录了金属光栅衍射中的奇异现象:当一束连续光入射到金属光栅后,在宽度小于钠原子光谱波长的范围内,在正常衍射角分布光谱中出现了一个异常的衍射谷(峰)[45]....

本文编号：3947768