1015030902-时楠楠-毕设答辩---0612.pptVIP

接着，讨论归一化模式面积和传播距离随介质芯半径的变化关系。对于具有低折射率介质SiO2芯的波导，其中介质芯半径远小于工作波长，其能够拥有模式面积为10-2限制能力，但确有高损耗，导致只有很小的传播距离，而对于高折射率介质芯Si的波导与低折射率芯的情况相比，具有相同的模式限制能力，也能达到10-2限制能力，但损耗小得多，随着半径的增加，在这种情况下，可以达到40μm，更多的能量被限制在介质芯Si中，并且传播长度是低折射率介质SiO2芯波导的几百倍。 * 双层PW可以很好地支持亚波长模式限制，但发现模式传播距离稍短，无法获得长距离传播的特性。为了克服这个缺点，使用混合结构的设计抑制能量损耗。于是，我们提出，圆柱形混合等离激元波导，该波导结构由内向外的三种材料分别是高折射率介质Si、低折射率介质SiO2与Ag。在电场强度分布图中，电场分量|Er|沿着半径方向，在位于Si和Ag之间的低折射率介质部分急剧增强，右图展示的是折射率实部和折射率虚部随芯层半径大小变化的曲线图，四条曲线有类似的变化规律，可以看出，随着芯层Si半径的增大，折射率实部逐渐增大，而折射率虚部逐渐逼近于0 * 下图为模式特性参数如模式面积、传播距离及品质因数随芯层Si半径的变化规律，可以观察到随着芯层半径的增加，模式面积Amod逐渐增大但传播距离Lprop得到了较大的提高，此圆柱形混合等离激元波导可以获得较强的模式限制能力并且有较大的传播距离，而对于c图的品质因数：权衡分析表面等离激元波导的传输质量，权衡表面等离子体激元波导结构尺寸，特别是衡量损耗-限制比评估波导在髙密度集成方面的应用。 * 以上相关内容已发表在AO上，并申请了两项专利。 * 接下来，介绍一下基于圆柱形等离激元波导的场局域聚焦器件，首先介绍柱对称混合等离激元锥形场局域聚焦器件 * 再此之前，先说一下，介质-金属双层圆锥结构，介质圆锥的锥面均匀地覆盖了一层50 nm厚的金属Ag薄膜，径向偏振光从锥底入射，整个介质圆锥底面半径为1000 nm，圆锥半锥角为15°，尖端曲率半径为5nm，右图分别内外层是SiO2-Ag和Si-Ag的电场分布图由图可见，在尖端汇集并且在圆锥顶点有很强的电场增强效应，尖端电场模|E|沿锥底半径方向的分布曲线以及与圆锥顶部距离为5 nm和10 处取其平行线的分布曲线，当波长为λ = 632.8 nm的径向偏振光入射，在圆锥顶点处有电场极大值，并且分别达到了279.41和266.51 V/m，实现了尖端聚焦。 * 保持其他参数不变，改变介质的折射率，可得到尖端电场模|E|与折射率n的关系曲线图，圆锥顶点的电场增强效应对介质的折射率的改变十分敏感，随之呈震荡关系，并且有比较明显的周期性。 * 针对介质-金属双层圆锥形结构的波导在径向偏振光源照明条件下SPP的激发情况不理想的效果，由于介质-金属等离激元波导本身的高损耗特性，导致尖端场局域增强效应受到限制，受启发，提出利用三层的柱对称锥形结构代替原有的双层结构，由内到外依次是--，右图为尖端电场模|E|分布图和尖端电场模沿x轴方向上的分布图，原本限制在结构内部的光场更多的被耦合了出来，并在顶端汇集，在有限的空间尺度、场空间局域增强实现了更强的聚焦性能，在圆锥顶点处有电场极大值，且达到了554.45 V/m * 接着，上述三层结构的尖端场局域增强效应的聚焦器件，我们提出表面构建凹槽的锥形场局域聚焦器件 * 由于金属等离激元本身的高损耗特性，以及在三层柱对称混合锥形结构中导致场强部分局域在中间层，出不来，效果不理想，受限制的困扰，提出一种表面构建环形凹槽的场局域增强器件，所述锥形结构在高度1/2位置处沿最外侧斜面往上构建深度为t，周期为D，占空比为1:1的周期性环形凹槽，，当632.8nm径向偏振光从圆锥底端垂直进入结构时，原本限制在结构内部的电场更多的被耦合出来，降低了结构内部的损耗，并在尖端汇集，在圆锥顶点处有电场极大值，且达到了1850.9 V/m实现了更强的聚焦性能 * 接着，看左图，我们讨论凹槽周期长度变化范围为200-400 nm，尖端电场模与凹槽周期长度的关系曲线，可看出圆锥顶点的电场增强效应对凹槽周期长度的改变也十分敏感，随之呈震荡关系，并在凹槽周期长度为300 nm时，有极大值，右图是圆锥顶点的电场增强效应随凹槽深度的变化关系，保持其他参数不变，随凹槽深度的增大，尖端电场模先增加后减小，对于其他凹槽占空比亦有同样的变化趋势，因此并不是凹槽深度越大，尖端电场模越大，我们要取合适的凹槽深度才能得到较好的场聚焦增强效应。 * 紧接着，我们又讨论了凹槽占空比对场聚焦增强的影响，保持其他参数不变，改变凹槽占空比的大小，当凹槽厚度固定，随凹槽占空比的增大，尖端电场模先增加后减小，同样实际应用中取合适的凹槽占空比才能得到较好的场