【摘要】：由于傳統(tǒng)的激光器受到衍射極限的影響,三維方向上的尺寸必須要大于半個(gè)光學(xué)波長(zhǎng),因此很難進(jìn)一步將其尺寸縮小到納米尺度。為了實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度光的控制,目前的一個(gè)方法是引入表面等離子體激元結(jié)構(gòu),這種方法在消除衍射極限的影響方面起到了很重要的作用。目前在應(yīng)用表面等離子體激元結(jié)構(gòu)的技術(shù)方面,面臨的最主要的挑戰(zhàn)是如何在降低來自于金屬方面的傳播損耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量高局域化傳播。 在本文中,首先簡(jiǎn)要介紹近些年來關(guān)于納米激光器和表面等離子體方面相關(guān)研究的進(jìn)展情況,其次分析表面等離子體的基本理論以及計(jì)算電磁學(xué)中的數(shù)值方法,重點(diǎn)分析時(shí)域有限差分法和有限元法。 接下來本文提出了5種表面等離子體波導(dǎo)模型,包括擁有對(duì)稱銀膜的邊界耦合的雜化表面等離子體波導(dǎo)、對(duì)稱銀膜邊角處圓化后的邊界耦合的雜化表面等離子體波導(dǎo)、以MgF2為夾層的雜化表面等離子體波導(dǎo)、納米線被銀膜包圍后的雜化表面等離子體波導(dǎo)、包圍納米線的銀膜邊角處圓化后的雜化表面等離子體波導(dǎo)模型。通過Comsol Multiphysics軟件來建立5種模型,并使用有限元法對(duì)不用幾何尺寸下的模型進(jìn)行仿真計(jì)算,對(duì)比分析幾何參數(shù)對(duì)波導(dǎo)模式特性和激光閾值的影響,幾何參數(shù)包括作為增益介質(zhì)的納米線的半徑,納米線和金屬層間隔的寬度,金屬薄膜邊角處圓化后的半徑等等,其中有效折射率、有效傳播損耗、歸一化的模式面積和限制因子用于反映模式特性。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),光場(chǎng)的能量主要集中在夾層中,通過減小夾層的厚度,同時(shí)對(duì)金屬薄膜的邊角處進(jìn)行圓化,圓化的半徑越大,激光閾值越小,從而實(shí)現(xiàn)光的低損耗和能量高局域化傳播。這一結(jié)論對(duì)表面等離子波導(dǎo)在低閾值納米激光器的進(jìn)一步研究有重要的意義。
【圖文】：

對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算求解

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本文編號(hào)：2536021