基于表面等离子体的MIM波导结构实现类电磁诱导透明效应的研究

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进入新世纪以来,随着信息社会的不断发展,人类对于信息传输的速度和信息容量的要求越来越高,进而导致各种通信网络和器件向维纳化、集成化、多功能化、节能环保化及智能化等方向发展。光作为一种特殊的传输介质,承载着信息人的梦想和追求,而传统的光学器件受制于衍射极限的限制,无法继续前行。表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritions,即SPPs)带来了福音,因为它能够突破传统的光学衍射极限。SPPs是由金属表面自由振动的电子与光子相互作用而产生的沿着金属表面传播的特殊电磁场。其突出特点是强大的局域场增强能力,可以突破传统光学的衍射极限,从而实现光器件的微纳集成化。正是由于这些突出的优点,越来越多的学者投入到基于金属表面等离子激元的光通信器件的研究当中,光滤波器作为光通信中最重要的一环之一,对于它的研究更是掀起了一波又一波的高潮。  电磁感应透明(electromagnetically induced transparency,即EIT),是光与物质媒介相互作用过程中,电磁场与原子能级之间产生的一种量子相干效应。由于其透射窗口的独特性质,使得其在慢光效应、光存储、光延迟、以及非线性效应增强等方面具有一定的运用前景,而传统的EIT产生需要大型装置及低温环境等苛刻条件,限制了其的发展。学者们惊喜地发现可以在SPPs波导结构中实现EIT效应,并且已经得到了实验的证明。  在本文中我们首先对表面等离子体波导结构分析过程中会遇到的一些理论的、模拟需要的参数进行了介绍,如金属的杜鲁德模型、SPPs的色散关系及四个特征长度等。接下来,我们普及了一些经典的光滤波器结构和类电磁诱导透明结构。最后我们设计了一个独特新颖的双纳米圆盘结构,实现了EIT-like现象。首先我们分析了单个圆盘直接侧腔耦合直波导的情况,发现当单个圆直接侧耦合直波导的时候,它就是一个带阻滤波器。当加上大圆盘的时候,调整合适的大圆半径,我们发现了强烈的类EIT效应的产生,原来的截止窗口成为透明窗口,透过率峰值超过80%,半高宽(full width at half-maximum,FWHM)也很窄。因此我们认为该器件除了具有类EIT方面的运用外,如在光延迟方面其群折射率达到了355,还可以用来做一个良好的超窄带高透带通滤波器,你可以通过改变两圆盘的半径来实现任意波长处的透过滤波,其透过率基本超过80%且,FWHM低于30nm。
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