本文關(guān)鍵詞：基于金屬微納結(jié)構(gòu)的磁光增強效應(yīng)及高效等離激元紅外光耦合器的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于理論研究與納米加工技術(shù)的不斷發(fā)展,表面等離激元(Surface Plasmons, SPs)逐漸被應(yīng)用于納米光子學(xué)領(lǐng)域。經(jīng)過人們最近十年的努力,SPs研究與很多其他領(lǐng)域交叉滲透,開辟了磁等離激元,表面等離激元增強光學(xué)吸收等新的研究分支。本文通過數(shù)值模擬計算研究了在周期型金屬微納結(jié)構(gòu)下的橫向磁光克爾效應(yīng)(Transversal Magneto-optical Kerr Effect, TMOKE)的增強與紅外增強吸收的實現(xiàn)。由于磁光克爾效應(yīng)在生物探測,磁光數(shù)據(jù)存儲器,三維成像等應(yīng)用上具有非常大的潛力,磁光克爾效應(yīng)成為了人們持續(xù)關(guān)注的一個熱點。本文理論研究了基于金屬微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)磁性介質(zhì)薄膜磁光增強效應(yīng)。我們的模型是在以石英為襯底的鉍鐵石榴石(Bismuth Iron Garnet, BIG)磁性介質(zhì)薄膜表面嵌入了金條帶一維光柵型周期陣列。由于金屬條帶光柵結(jié)構(gòu),可以使其入射電磁波被選擇性地耦合進入BIG磁性介質(zhì)層,并激發(fā)磁性介質(zhì)層中的波導(dǎo)(Waveguide, WG)模式；另外,單個金條帶自身也會激發(fā)局域等離激元(Localized Surface Plasmons, LSP)共振模式,LSP共振與WG模式互相耦合可以使磁光效應(yīng)進一步增強。我們通過將金條帶嵌入BIG層,使更多的被金條帶散射的電磁波進入BIG磁性介質(zhì)層并且與BIG層充分地作用,并以WG模式傳播,同時,金條帶自身激發(fā)的LSP與WG模式在空間分布上更加靠近,耦合更為強烈,形成更為高效的Fano共振,最終使TMOKE響應(yīng)獲得進一步的提高。我們發(fā)現(xiàn)相對于金條帶未嵌入BIG層時的情況,當(dāng)嵌入深度達(dá)到80 nm時,可以獲得3倍的TMOKE響應(yīng)增強。我們的研究結(jié)果為等離激元微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)TMOKE向應(yīng)的增強提供了一種思路,相信對于設(shè)計具有微納結(jié)構(gòu)的磁光器件并提高其磁光效應(yīng)有著重要的指導(dǎo)意義。利用基于SPs增強光學(xué)吸收效應(yīng)是實現(xiàn)入射光場與活性介質(zhì)有效耦合及增強光物質(zhì)相互作用的一種有效的手段。量子阱紅外探測器在過去的十幾年中得到了快速的發(fā)展,但是,對于普遍使用的n型砷化鎵量子阱材料,由于量子吸收的選擇定則,只能夠吸收垂直于量子阱平面的電場分量。為了提高器件的響應(yīng)率和探測效率,本文設(shè)計了一種二維周期型金屬/半導(dǎo)體/金屬型微結(jié)構(gòu)紅外光耦合器。其上層金屬為周期型金屬天線陣列,中間半導(dǎo)體層由量子阱層以及緩沖層組成,下層金屬層為表面帶有周期性金屬方塊陣列的金屬平板。利用這種金屬微納結(jié)構(gòu)激發(fā)的微腔模式與雜化的類表面等離激元模式的耦合,可以顯著地提高量子阱吸收電場偏振方向垂直于量子阱平面的電磁波,并且這種紅外光耦合器具有偏振不敏感、寬角度吸收特性。我們實現(xiàn)了在14.5um處高達(dá)92%的近完美吸收,其中,60%的電磁波能量被量子阱半導(dǎo)體層吸收。我們對該紅外光耦合器實際制備對于其光電耦合效率影響的容差性進行了評估。該設(shè)計方法在長波紅外大面積焦平面陣列和多色成像應(yīng)用方面的有較大的應(yīng)用潛力。
【關(guān)鍵詞】：表面等離激元 橫向磁光克爾效應(yīng) 增強光吸收
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN622
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 表面等離激元10-14
• 1.1.1 金屬/介質(zhì)表面支持的表面等離激元波11-14
• 1.1.2 金屬顆粒的局域等離激元共振14
• 1.1.3 磁等離激元14
• 1.2 磁光效應(yīng)14-19
• 1.2.1 磁光法拉第效應(yīng)15-17
• 1.2.2 磁光克爾效應(yīng)17-19
• 1.3 基于等離激元實現(xiàn)磁光效應(yīng)的增強19-22
• 1.4 基于等離激元的增強吸收效應(yīng)22-24
• 1.5 論文主要內(nèi)容24-26
• 參考文獻(xiàn)26-30
• 第二章 等離激元增強橫磁光克爾效應(yīng)的研究30-42
• 2.1 橫向磁光克爾增強效應(yīng)30-32
• 2.2 等離激元磁光納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化32-34
• 2.3 主要結(jié)果及討論34-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 參考文獻(xiàn)40-42
• 第三章 高效等離激元紅外光耦合器的設(shè)計42-52
• 3.1 引言42-43
• 3.2 金屬/半導(dǎo)體/金屬型微結(jié)構(gòu)紅外光耦合器設(shè)計及參數(shù)選擇43-44
• 3.3 主要結(jié)果及討論44-48
• 3.3.1 提出的紅外光耦合器的實現(xiàn)增強吸收的方法44-46
• 3.3.2 紅外光耦合器的主要參數(shù)46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 參考文獻(xiàn)50-52
• 總結(jié)與展望52-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)論文54-56
• 致謝56-57

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