【摘要】：電磁感應透明(EIT)是一種利用耦合光降低多能級原子系統(tǒng)對泵浦光的吸收強度,在強烈的吸收峰附近實現(xiàn)高透射率,即對入射泵浦光“透明”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的應用場合具有較大的現(xiàn)實意義,例如無粒子數(shù)反轉激光和慢光效應等等。得益于表面等離激元光子學和超材料學的發(fā)展,這種在量子光學領域?qū)崿F(xiàn)條件異�？量痰默F(xiàn)象可以轉移到傳統(tǒng)光學領域構造類似物。而這些類似物的尺寸大都在亞波長尺度,可以解決微結構中的光通斷控制、光速調(diào)控、光存儲設計、非線性和折射率傳感測量等問題,是未來納米光子學芯片的可選功能化結構單元之一�；谶@樣的背景和意義,本論文總結了類EIT研究的演進過程并自行歸納類EIT器件的構造方法,對微納類EIT器件的構造原理進行了詳細的區(qū)分和定量闡釋。由于實驗條件的限制,本論文的工作主要使用了解析分析法和數(shù)值仿真實驗計算法開展研究,包括表面等離激元相關電磁理論、時域耦合模理論、轉移矩陣法、時域有限差分法和有限元分析法等等。該論文的主要創(chuàng)新點分為以下幾個方面。在同側雙諧振環(huán)耦合模型中,設置明暗模式的不同距離,利用明暗模式被激發(fā)的路徑間的相消干涉,取消明模式,激發(fā)暗模式,極大程度上削弱了原單諧振腔產(chǎn)生的強烈吸收,使得該結構對此波長和相鄰波長的入射光“透明”。利用時域耦合模理論和轉移矩陣法,結合數(shù)值仿真,剖析了各尺寸要素對透明窗口透過率和窗口寬度的影響,并計算出在透明窗口中,光速被減慢。利用與赤池信息標準鑒別法,在該系統(tǒng)中提出了定量分析透明成因的方案,消除由只憑透明現(xiàn)象而產(chǎn)生的對透明成因的誤解。在雙石墨烯層包覆光柵結構類EIT的設計中,推導了與光柵高度有關的色散方程,指出諧振波長與光柵高度的定量關系并通過數(shù)值仿真計算加以驗證。該模型利用雙諧振原理,在兩吸收峰之間“架起”透明窗口,亦在窗口中實現(xiàn)了慢光效應�；谑﹥�(yōu)良的調(diào)諧特性,可以實現(xiàn)工作波段的動態(tài)操控。同理,在該模型中,亦應用與赤池信息標準鑒別法區(qū)分透明的成因。如果將光柵橫向周期設計為漸變型,可以實現(xiàn)所謂“彩虹陷阱”類分布式光存儲應用。在雙側諧振環(huán)耦合的研究中,利用雙諧振原理,構造透明窗口,探討該結構中不同模式的透明,驗證了高階模透明的高靈敏性。在雙石墨烯納米帶包覆基底的研究中,實現(xiàn)了寬帶、高透過率的透明,亦可在該結構中制造“彩虹陷阱”類的應用。另外,除了三大傳統(tǒng)方法,本論文還提出了利用U型通道連接法、內(nèi)外對稱諧振子構造法和混合型構造法制造透明的方案。在U型隧道連接法中,通過人為制造干涉通道來增強透射率,在原諧振吸收峰附近打開光通路。在內(nèi)外對稱諧振子構造法中,不需要打破對稱性即可構造透明,利用內(nèi)諧振子的類暗模式諧振與明模式干涉形成透明。而在混合型構造法中,利用對稱性破缺、明暗模式和雙諧振子法三種原理的混合,制造了一個透明窗口。三種小眾設計均涉及慢光和傳感方面的探索。除了類EIT器件,本論文還提出了利用石墨烯局部可變的費米能級實現(xiàn)表面等離激元納米聚焦,將入射光聚集在一個光斑直徑不超過2nm的區(qū)域,場強在此處得到成倍增加。提出利用邊界等離激元模式和傳導等離激元模式形成諧振,加強對入射光的吸收而構造的鎢金屬覆蓋脊型微納吸收器。在經(jīng)過優(yōu)化后,吸收率最高可達99.9%。利用零介電常數(shù)模式的調(diào)制,可以有效拓寬一般單諧振吸收器的吸收帶寬。提出利用零介電常數(shù)超材料配合一定的邊界條件制造全反射和超透射效應,實現(xiàn)對入射光幾乎百分之百的反射或透過,可以應用于電磁斗篷的設計。最后,提出可見光區(qū)帶阻表面等離激元金屬濾波器,通過諧振腔的級聯(lián),原則上實現(xiàn)了超高阻帶寬度和超低透過率�？傮w來說,本論文主要圍繞基于表面等離激元類電磁感應透明器件的設計展開,兼具其他幾類微納光學器件的設計與探索,是納米光子學領域較為前沿且具有較大潛在應用空間的幾個方向。結合當前較為成熟但還有待進一步提升的微納加工工藝和技術,有理由相信文中所提出的思想和設計在未來能夠推動集成微納光子學的發(fā)展,真正應用到生活生產(chǎn)的各個行業(yè),提高生產(chǎn)力。
【圖文】：

圖１．１．２．１以上左右兩列圖片均來自文獻［５（）］，，其中各幾何參數(shù)的含義參考文獻。左列圖（ａ）逡逑為ｘ－ｙ平面結構圖，透射譜和場分布均為左右兩側凹槽長度相等時取得。右側圖為狹縫向右逡逑位移時取不同位移量而得，透射譜中依次出現(xiàn)較高透射率窗口。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１．２．１邋Ｔｈｅ邋ａｂｏｖｅ邋ｆｉｇｕｒｅｓ邋ｉｎ邋ｌｅｆｔ邋ａｎｄ邋ｒｉｇｈｔ邋ｃｏｌｕｍｎｓ邋ａｒｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ＾５０＇，邋ｔｈｅ邋ｇｅｏｍｅｔｒｙ逡逑ｐａｒａｍｅｔｅｒ邋ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ邋ａｒｅ邋ｒｅｆｅｒｒｅｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．邋Ｆｉｇｕｒｅ（ａ）邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｌｅｆｔ邋ｃｏｌｕｍｎ邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｘ－ｙ逡逑ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，邋ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｐｒｏｆｉｌｅｓ邋ａｒｅ邋ｐｌｏｔｔｅｄ邋ｗｈｅｎ邋ｔｈｅ邋ｌｅｎｇｔｈ邋ｏｆ逡逑ｂｏｔｈ邋ｔｒｅｎｃｈｅｓ邋ｅｑｕａｌｓ邋ｔｏ邋ｏｎｅ邋ａｎｏｔｈｅｒ．邋Ｔｈｅ邋ｆｉｇｕｒｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｒｉｇｈｔ邋ｃｏｌｕｍｎ邋ａｒｅ邋ｐｌｏｔｔｅｄ邋ｗｈｅｎ邋ｔｈｅ逡逑ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｎａｎｏｓｌｉｔ邋ｉｓ邋ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ邋ａｄｊｕｓｔｅｄ．邋Ｏｎｅ邋ｃａｎ邋ｓｅｅ邋ｔｈａｔ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ邋ｉｓ逡逑ｔｈｕｓ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｏｎｅ邋ｂｙ邋ｏｎｅ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ．逡逑所謂對稱性破缺［５１］，從字面上理解即將器件原有的對稱性打破，構造反相位逡逑干涉以加強透射的一種辦法。該類

１．１．２．２上三組圖片均來自［５２］，幾何參數(shù)見文獻圖例。下方透射譜（ａ－ｄ）分別為位移Ｌｍ，ｌＯＯｎｍ，邋２００ｎｍ和３００ｎｍ時所得。實線為數(shù)值計算結果，點線為實驗數(shù)據(jù)右場幅度圖為（ａ）邋Ｌ＝０ｎｍ和２００ｎｍ時對比圖，Ｌ為２００ｎｍ時�。ǎ猓╁澹ǎ洌﹥刹ü群停ǎ悖┎ǚ逄巿龇戎�。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１．２．２邋Ｔｈｅ邋ａｂｏｖｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｓｅｔｓ邋ｏｆ邋ｆｉｇｕｒｅｓ邋ａｒｅ邋ｔａｋｅｎ邋ｆｒｏｍ邋＾５２＾，邋ｔｈｅ邋ｇｅｏｍｅｔｒｙ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ａｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ邋ｆｉｇｕｒｅ邋ｃａｐｔｉｏｎｓ．邋Ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｂｅｌｏｗ邋ｉｎ邋（ａ－ｄ）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎ邋Ｌ邋ｅｑｕａｌｓ邋ｔｏ邋Ｏｎｍ，邋ｌＯＯｎｍ，邋２００ｎｍ邋ａｎｄ邋３００ｎｍ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．邋Ｔｈｅ邋ｌｉｎｅ邋ｄａｔａ邋ａｒｅ邋ｆｒｏｍ逡逑ｍｅｒｉｃａｌ邋ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ邋ｗｈｉｌｅ邋ｔｈｅ邋ｄｏｔ邋ｄａｔａ邋ａｒｅ邋ｆｒｏｍ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ＊５２＾邋Ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｆｉｅｌｄ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅ邋ｕｐｐｅｒ邋ｒｉｇｈｔ邋ｃｏｍｅｒ邋ａｒｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｗｈｅｎ邋（ａ）邋Ｌ邋ｅｑｕａｌｓ邋Ｏｎｍ邋ａｎｄ邋２００ｎｍ邋ａｎｄ邋ｗｈｅｎ邋Ｌ邋ｅｑｕａｌｓ邋２００ｔｈｅ邋（ｂ）（ｄ）邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｄｉｐｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋（ｃ）邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ邋ｐｅａｋ邋ｆｉｅｌｄ邋ｖａｌｕｅｓ．逡逑另舉一例，在２０１３年發(fā)表在《Ｏｐｔｉｃｓ邋Ｌｅｔｔｅｒｓ》上的《Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｅｃｔｒｏｍａ
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O53;O441.3

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 楊曉霞;孔祥天;戴慶;;石墨烯等離激元的光學性質(zhì)及其應用前景[J];物理學報;2015年10期

2 姜麗麗;魯雄;;石墨烯制備方法及研究進展[J];功能材料;2012年23期

3 童廉明;徐紅星;;表面等離激元——機理、應用與展望[J];物理;2012年09期

4 曾志強;王玉平;;電磁感應透明[J];宜賓學院學報;2011年12期

5 王振林;;表面等離激元研究新進展[J];物理學進展;2009年03期

6 李繼軍;吳耀德;宋明玉;;表面等離子體激元基本特征研究[J];長江大學學報(自科版)理工卷;2007年04期

7 韓偉華;樊中朝;楊富華;;微納加工技術在光電子領域的應用[J];物理;2006年01期

相關博士學位論文 前2條

1 徐金龍;基于石墨烯鎖模全固態(tài)超快激光器件研究[D];山東大學;2012年

2 張峰;40Gb/s長距離傳輸及信號處理關鍵技術研究[D];北京交通大學;2008年

相關碩士學位論文 前4條

1 張紅紅;狄拉克材料電子性質(zhì)的第一性原理研究[D];湘潭大學;2017年

2 張盼;金屬納米縫產(chǎn)生的表面等離激元光學格子及其相位渦旋研究[D];山東師范大學;2017年

3 田朝輝;硅基微環(huán)電光調(diào)制器基礎研究[D];電子科技大學;2017年

4 楊興宇;基于太赫茲石墨烯超常媒質(zhì)的可調(diào)諧電磁誘導透明研究[D];哈爾濱理工大學;2017年

本文編號：2664185