表面等离激元光学器件与数值模拟.pptx

表面等离激元光学器件 与数值模拟;Outline;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;电子学器件;;器件的速度-尺度关系;;表面等离激元（surface plasmon polaritons，SPPs） 是光场和金属表面自由电子相互作用形成的一种电磁 场模式，该模式的场强离开金属表面指数衰减。;;;TM模能沿x轴传播的条件为：;;;;Propagation length:;Mode spot size;;SPPs特点：;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;1.2 常见的表面等离激元波导;(1) LRSPP——一维LRSPP;;;;Three-dimensional numerical modeling of photonic integration with dielectric-loaded SPP waveguides. PRB 78, 045425, 2008;;;CPP WRR;;;深亚波长表面等离激元激光 Nature, 2009, 461(7264): 629-632.;;小结 ? LRSPP：传输距离长（~ mm），光斑大 （~10 μm），弯曲损耗大（r~ 10 mm） ? DLSPP：束缚好，光斑小（~1 μm），传输 距离短（~40 μm），弯曲损耗小（r~5 μm） ? CPP：束缚好，光斑小（~1.1 μm），传输距 离短（~100 μm），弯曲损耗小（r~5 μm） ? MIM：束缚很好，光斑小（λ），传输距 离短（~10 μm），弯曲损耗很小（r→0） ? Hybird SPP：束缚好，光斑小（ λ2/400 to λ2/40 ），传输距离（~100 μm），弯曲损耗 小（r~5 μm）;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;;;样品SEM图和CCD采集到的两边 光栅处的SPP散射强度;(2) 亚微米SPP宽带单向激发;(3) 偏振控制的单向发射;当Column 1和Column 2正 交排列时;实验结果;;;;;;;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;Nat. Photonics, 3, 55 (2009);;激发效率随波长变化(实验和模拟曲线);;;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;;?1 ?? 0 ??? FWHM;Fano共振的实验研究;Defect cavity (wL);;;能 流 分 布;(c) Multiple cavities→多EIT;;多腔;(a) 非对称T型狭缝结构中SPP EIT现象;;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;;COMSOL Multiphysics?;COMSOL 模块;什么是仿真？;什么是PDE？;系数形式;经典PDE;有限元方法;;? 特点;模拟过程;射频（RF）模块;? 射频（RF）模块中包含很多子模块，分别可以 解决不同的问题。 ? 二维：26个 ? 三维：9个 ? 轴对称：14个 ? 可以同时在一个模型中同时调用几个模块。;;;;;;;;;;;Transient propagation: 瞬态传输;;;;;;;;;;;;?;;;;SPP聚焦（三维模型）;;结构是轴对称的，入射源也是轴对称的，如径向偏振光;;推荐学习资源;? 表面等离激元光子器件 ? 表面等离激元基本理论 ? 表面等离激元波导 ? 表面等离激元单向激发器 ? 表面等离激元全光开关 ? 表面等离激元Fano共振 ? 数值模拟 Comsol软件介绍 ? 示例演示;杂化本征模式分析 ——二维问题 二维波导结构;直径10 um， 100 um 折射率1.50