金属纳米光波导的模式分析.docVIP

 金属纳米光波导的模式分析# * 5 10 15 20 25 30 摘要：本文着重研究了在高斯光激发条件下，表面等离子体激元在金属纳米波导的模式耦合。通过电磁仿 真，发现 m=0 和 m=1 和 m=-1 模式是始终存在的，它们强度的相对关系主要受纳米线半径和激发光波长的 影响。这种模式混合的表现，在金属纳米光波导的研究领域是通用和关键的，在相关的研究中应该被充分 考虑。 关键词：电磁波；光波导；模式分析 中图分类号：O441.4 Mode Analysis Of Metal Nanometre Optical Waveguide Pan Chong, Yang Shu (Department of Physics, School of Sciences, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876) Abstract: The mode mixing of surface plasmon polaritons (SPPs) in metal nanowires is studied for a gauss light stimulation. It is found that m=0 and m=1 and m=-1 modes are simultaneously excited in all cases. Their relative strengths are mainly affected by the radius of nanowire and the incident light wavelength. The mode mixing of SPPs in metal nanowire is a general and crucial phenomenon and should be taken into account in all relevant researches. Key words: electromagnetic wave;optical waveguide;mode analysis 0 引言 日前，表面等离子体激元（SPP）受到人们很大关注，它被认为是最有希望解决纳米电 路结构的衍射极限问题。在过去的一段时间，相关的设计不断被提出[1-7]，其中，金属纳米 圆柱结构，由于其良好的性能，使用制造和操作，受到了人们越来越多的重视。下面的文献 中，对金属纳米线中表面等离子体激元的传输模式进行了详细的讨论[8]。同时，许多其他的 实验和数值研究也对表面等离子体激元在纳米线中的激发，传输和耦合进行了讨论[9]。但是， 到目前为止，一些基本问题，如什么样的激发条件会带来什么样的模式变化，哪些是纳米线 中表面等离子体传输模式的影响要素。本文将初步讨论这些问题。 1 传输模式的理论解 柱状波导的电磁分量解的形式如下： ?? im ik k??????????????? ? ??? ki ki??????????????? ? F (k????????????????????????? ? ki???????????????????????????????? -1- 35   (1.1) H i (r)????  i ??0 im????????????? ?? 2 F (k k ? ? F (k??????????????????????? ? ki??????????????????????????????? (1.2) 其中，i 的取值为 1 对应的是介质空间，取值为 2 对应的是金属圆柱，ai 和 bi 为相关系 40 45 数， F1,m (x)?? H m (x) ， F2,m (x)?? J m (x) 。由电磁场四个分量 E? ， Ez ， H? , H z 在边界的 连续条件，可以得到系数取值不为空的条件，即金属纳米线波导的模式方程如下： 2 2 ( 2?? 1 )???????????????????????????????????????????? 1?????????? R k2 k1????? k2? J m (k2? R) k1? H m (k1? R)???? k2? J m (k2? R) k1? H m (k1?R)?? (1.3) 由模式方程 1.3 确定的表面等离子体波波矢代入方程 1.1，可以解出 m?? 0 模式和 m????1混合模式的 Ez 分量沿横截面的分布。 求解