不對稱金屬微結(jié)構(gòu)的光學性能調(diào)控研究.pdf

1、受限于光學衍射極限，光子器件在小型化與集成化方面遭遇到前所未有的挑戰(zhàn)，而表面等離激元(SPs)的出現(xiàn)為我們解決這一問題提供了有利途徑。根據(jù)傳輸性質(zhì)的不同，表面等離激元可分為表面等離極化激元(SPPs)和局域表面等離激元(LSPs)。通過在不同的金屬微結(jié)構(gòu)中激發(fā)SPPs或LSPs，不僅可滿足當前光子器件對小型化與電光一體化的需求，也可實現(xiàn)許多具有新穎功能的光學效應(yīng)。本文基于金屬微結(jié)構(gòu)器件對SPPs和LSPs的光學性能及其外部調(diào)控進行相關(guān)理

2、論研究，設(shè)計了兩種可調(diào)控的微結(jié)構(gòu)器件。主要內(nèi)容有:
　　1.對于傳統(tǒng)的光學器件，很難通過簡單的光學器件實現(xiàn)圓偏振片的功能。而手性材料由于其結(jié)構(gòu)的特殊性能夠獲得許多新穎的光學效應(yīng)，例如:圓二向色性，不對稱透射，磁電耦合等。本文依據(jù)手性結(jié)構(gòu)對不同圓偏振光的響應(yīng)不同設(shè)計了一種3D金屬手性超材料。通過束縛態(tài)的電四極子與電偶極子的耦合，實現(xiàn)了亮亮模式的電磁誘導透明現(xiàn)象。此外，通過將手性引入結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了左右旋圓偏振光選擇性激發(fā)電磁誘導透明現(xiàn)象

3、，進而為納米量級的圓偏振片的實現(xiàn)提供了理論可能。
　　2.高效的、可集成的等離激元光源在未來的光子集成中將占具很重要的作用，而受限于現(xiàn)有的微加工技術(shù)，實驗上一直很難加工完成。在這里，結(jié)合石墨烯費米能級的可調(diào)控特性，本文設(shè)計了一種石墨烯加載的不對稱金屬納米天線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電控表面等離激元(SPPs)單向傳輸。相較于傳統(tǒng)的等離激元單向設(shè)備，該設(shè)備可以通過微調(diào)的方式來彌補實驗上的誤差。同時還具有寬帶寬、單電壓調(diào)控、易于集成等優(yōu)點。這種可

4、調(diào)諧的等離激元光源將在未來的光子集成與光電子學領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膽?yīng)用價值。
　　3.理論及實驗上初步嘗試了如何利用SPPs較強的局域場特性實現(xiàn)高調(diào)制深度的石墨烯調(diào)制器，以及高響應(yīng)度的SPPs石墨烯探測器。根據(jù)石墨烯對SPPs縱向場不吸收而僅吸收橫向場的特點，設(shè)計了一種波導陣列結(jié)構(gòu)將原有的SPPs場翻轉(zhuǎn)，相較于已有的石墨烯SPPs的調(diào)制器，其調(diào)制深度提高了一個數(shù)量級，最后基于以上分析提出了一種石墨烯光探測結(jié)構(gòu)并對其進行簡要的理論分析。