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表面等离激元光学器件 与数值模拟 陈建军 jjchern@ 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 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 1.1 表面等离激元基本理论 (1) 传统电子学器件和光学器件 电子学器件 光学器件 (2) 现在电子器件和光学器件 集成电路 光纤通信和光计算 CPU：~GHz，Gbit /秒 光纤：~100Tbit/秒 ~32 nm ~10 μm 散热大 基本无散热 器件的速度-尺度关系 衍射极限 表面等 离激元 表面等离激元和光子的相互耦合 新原理、新方法 纳米尺度光调控 表面等离激元于1998年成为纳米光学的研究热点 透过率~ Nature, 1998, 391(6668): 667-669. (3) 表面等离激元基本原理 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。 介质-金属结构中，介质和金属中的电磁场(TM模)可以写作 如下形式（下标1，2分别代表介质和金属）： Maxwell方程组： TM模能沿x轴传播的条件为： 可见和红外波段，贵金属的介电常数小于零，因此金属的 介电常数要满足： 色散曲线 k (/ c) sin x p ( ) 1/ 2 ksp [ 1 ]
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