【摘 要】
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表面等离激元学作为纳米光子学的一个重要部分,近年来得到了广泛发展。它主要研究波长及亚波长尺度内电磁场的性质。在金属表面或者纳米尺寸的金属结构中,电磁辐射与金属中自
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表面等离激元学作为纳米光子学的一个重要部分,近年来得到了广泛发展。它主要研究波长及亚波长尺度内电磁场的性质。在金属表面或者纳米尺寸的金属结构中,电磁辐射与金属中自由电子的相互作用可以使光场局域在亚波长范围内,同时使得近场中的电磁场得到极大的增强。由于对能量的良好局域性以及显著的电磁场增强效应,表面等离激元在许多领域得到广泛应用,例如近场光学,扫面隧道显微镜,光学器件的小型化,表面等离激元波导,基于表面等离激元的光学探测,以及在太阳能电池方面的应用等等。
表面等离激元波导是表面等离激元应用中的一个非常重要的领域,它可以将光信号局域在亚波长范围内传播。为了传输表面等离激元信号,人们设计出各种结构的表面等离激元波导结构,并从实验和理论上分析了它们的性质。本论文中,我们研究了金纳米线以及由金纳米线和两层介质包覆层(SiO2和BN)组成的杂化波导结构上的光频段(λ=632.8nm)的表面等离激元模式的传输性质。我们首先研究了金纳米线上表面等离激元的传输性质,揭示了其传输长度与能量局域之间的矛盾。为了提高金纳米线中表面等离激元的传输性质,我们设计出一种杂化金属波导结构,并且全面分析了杂化波导中表面等离激元模式的性质,包括其传播长度,能量分布,有效半径,电磁场分布和能量局域等等,并且分析了不同模式之间传播性质的优劣。杂化波导中,表面等离激元模式和介质中的波导模式的耦合产生的耦合模式一定程度上克服了表面等离激元的传输距离与能量局域之间的矛盾,进而有效提高了表面等离激元的传输性质。在我们设计的杂化波导结构中,某些特定的表面等离激元模式能够在杂化波导中传输120-200波长的范围,同时保持相对较好的能量局域,极大得体高了模式的传输性质。这种长距离的有效传输能够被用在许多纳米光学器件的研发中。
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