表面等離激元具有極強的局域場增強效應(yīng),能突破光學衍射極限,為納米尺度上光的調(diào)控提供了一種可能的途徑,被認為是實現(xiàn)納米量級集成光子學器件的最優(yōu)方式之一,近年來已發(fā)展成一門新型的學科——表面等離激元光子學。將基于有限元的COMSOL軟件引入表面等離激元光學的教學過程中,能有效地將科學前沿與研究生課程教學有機地結(jié)合在一起,用學科的前沿案例吸引學生的學習興趣,用課程的系統(tǒng)性理論提供科學研究的新思路,以達到科研與教學互相促進的作用。本文結(jié)合筆者9年的教學經(jīng)驗,以COMSOL在表面等離激元光波導教學中的應(yīng)用為例,介紹波導模面積和傳播常數(shù)等工作參量的求解過程,加深了學生對表面等離激元波導模式的理解,激發(fā)了學生學習的主動性,提高學生仿真實踐能力和設(shè)計新型波導的創(chuàng)新能力,對提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有積極作用。 

【文章來源】：科技視界. 2019,(19)

【文章頁數(shù)】：2 頁

【部分圖文】：

不同半徑情況下的模面積和傳播距離（b）傳播距離與半徑的

科技創(chuàng)新科技視界Science&TechnologyVision科技視界Science&TechnologyVision效模面積定義為：Am=乙P（x,y）dxdy/max[P（x,y）]，其中P（x,y）=E（x，y）×H（x，y）是能流密度（波印廷矢量）。傳播距離L=λ/[4πIm（Neff）]。COMSOLRF模塊的模態(tài)分析（ModeAnalysis）可方便求解以上方程�？紤]半徑R=60nm的銀圓柱納米線波導，置于折射率為1.5的油中。設(shè)工作波長為λ=632.8nm，銀的有效介電函數(shù)為：n=0.0273+4.2241i。其最低階的三個模式如圖1所示，且有效模指數(shù)分別為：Neff1=1.9055+0.0052069i,其模場不依賴于方位角（模式m=0）和Neff2=Neff3=1.5506+0.001366i，為簡并模式，分別為x方向和y方向的偶極模（模式m=±1），具有相同的模面積和傳播距離。圖1銀圓柱納米線波導最低階的三個模式圖2展示了不同半徑情況下以上兩種情況下的模面積和傳播距離，其中A0=λ2/4，由圖2（a）我們發(fā)現(xiàn)：隨著半徑的增大，基模（m=0）模面積增大，而高階模（m=1）模面積急劇減小，當R=70nm附近時，具有相同的模面積。對于傳播距離（圖2（b）），低階模式隨著半徑的增大傳播距離增大，而高階模式恰恰相反，傳播距離急劇減小，在所考慮的半徑范圍內(nèi)，高階模式傳播距離均大于低階模式。（a）模面積與半徑的關(guān)系（b）傳播距離與半徑的關(guān)系圖2不同半徑情況下的模面積和傳播距離利用以上方法，我們可研究各種不同截面形狀和材料構(gòu)成的波導，譬如雜化波導[10-11]，介質(zhì)波導[12-13]，表面等離激元波導[

科技創(chuàng)新科技視界Science&TechnologyVision科技視界Science&TechnologyVision效模面積定義為：Am=乙P（x,y）dxdy/max[P（x,y）]，其中P（x,y）=E（x，y）×H（x，y）是能流密度（波印廷矢量）。傳播距離L=λ/[4πIm（Neff）]。COMSOLRF模塊的模態(tài)分析（ModeAnalysis）可方便求解以上方程�？紤]半徑R=60nm的銀圓柱納米線波導，置于折射率為1.5的油中。設(shè)工作波長為λ=632.8nm，銀的有效介電函數(shù)為：n=0.0273+4.2241i。其最低階的三個模式如圖1所示，且有效模指數(shù)分別為：Neff1=1.9055+0.0052069i,其模場不依賴于方位角（模式m=0）和Neff2=Neff3=1.5506+0.001366i，為簡并模式，分別為x方向和y方向的偶極模（模式m=±1），具有相同的模面積和傳播距離。圖1銀圓柱納米線波導最低階的三個模式圖2展示了不同半徑情況下以上兩種情況下的模面積和傳播距離，其中A0=λ2/4，由圖2（a）我們發(fā)現(xiàn)：隨著半徑的增大，基模（m=0）模面積增大，而高階模（m=1）模面積急劇減小，當R=70nm附近時，具有相同的模面積。對于傳播距離（圖2（b）），低階模式隨著半徑的增大傳播距離增大，而高階模式恰恰相反，傳播距離急劇減小，在所考慮的半徑范圍內(nèi)，高階模式傳播距離均大于低階模式。（a）模面積與半徑的關(guān)系（b）傳播距離與半徑的關(guān)系圖2不同半徑情況下的模面積和傳播距離利用以上方法，我們可研究各種不同截面形狀和材料構(gòu)成的波導，譬如雜化波導[10-11]，介質(zhì)波導[12-13]，表面等離激元波導[

【參考文獻】：
期刊論文
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