基于方形腔耦合金属波导结构的全光等离子体开关

提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构,该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性,并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法(FDTD)研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明,基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性,其最大透射率可达92%,最小阻带透射率达0.2%,工作波长范围为607~785nm。

基于H形金属狭缝阵列结构双共振谷折射率传感特性

提出了一种基于H形金属狭缝阵列的新型结构。利用该结构形成的法布里-珀罗腔(Fabry-Perot,F-P)来加强表面等离激元的耦合作用,以获得一种双共振反射现象;同时研究了基于该现象的折射率传感特性。采用时域有限差分法研究了该结构中狭缝长度、宽度、金膜厚度等参数对双共振反射现象的影响。研究发现,双共振谷波长可由以上主要参数有效调控,当竖直狭缝长度为150nm、水平狭缝长度为200nm、狭缝宽度为50nm、金膜厚度为300nm时,该结构具有较好的双共振反射现象,其灵敏度分别为590和1 199nm/RIU。该发现为新一代高性能表面等离子共振传感器设计提供了理论参考。

可调谐交叉领结形石墨烯阵列结构等离子体折射率传感器

设计一种新颖的交叉领结形石墨烯阵列结构等离子体折射率传感器。利用石墨烯与电介质交界面产生的表面等离子体效应,在中红外波段获得双共振透射现象,结合石墨烯的电可调特性来实现透射谱的动态调制,采用时域有限差分法研究该结构中石墨烯的化学势、层数及几何参数对双共振透射现象的影响。结果表明:通过改变石墨烯的化学势及层数能够实现共振位置的调谐;优化结构参数后,该结构具有较好的传感性能和双共振透射现象,2个共振谷的灵敏度分别高达(1280±24) nm/RIU和(2800±49) nm/RIU,品质因数分别为17.1 RIU^-1和12.3 RIU^-1。研究结果为石墨烯等离子体生物传感器的设计提供了理论依据。

内嵌矩形金属块纳米圆盘结构等离子体多通道波分复用器研究

提出了一种内嵌矩形金属块纳米圆盘结构,利用该结构形成的法布里-珀罗腔来加强表面等离激元的耦合作用。该结构具有窄带宽高品质因子的滤波性能,可通过多腔耦合形成多通道波分复用器。采用时域有限差分方法讨论有无内嵌矩形金属块和金属块的横纵向宽度及耦合距离对强透射现象的影响,并根据其透射特性实现多通道波分复用器。研究发现,当圆盘谐振器内嵌矩形金属块后,滤波器具有较好的强透射现象,其半峰全宽显著降低,品质因子增加;通过耦合多个内嵌矩形金属块圆盘谐振器构建的等离子多通道波分复用器,可实现双通道及三通道解复用功能,各信道共振波长可通过谐振腔内嵌的金属块参数来调整,传输效率可达到70%,最小插入损耗为1.549dB,平均工作范围为189nm,且不存在相邻信道串扰。这说明该结构具有较好的解复用分频特性。

D型对称双芯光子晶体光纤双谐振峰折射率传感器

设计了一种新颖的D型对称双芯光子晶体光纤表面等离子体共振折射率传感器。利用该结构中双芯与金属传感层界面处产生的表面等离子体共振效应,结合不同的金属传感层,在可见光与近红外波段获得显著的双谐振峰现象。采用有限元法分析了双谐振峰的相互独立性,研究了该结构中空气孔间距、直径和金属传感层厚度、纳米柱半径及纳米柱间距对双峰的影响。结果表明,在优化结构参数后,双峰谐振使得传感器具有良好的传感性能,在折射率为1.32~1.43内,与双峰对应的平均灵敏度分别高达6209.09 nm/RIU和8390.91 nm/RIU,品质因数分别大于19.64 RIU-1和27.06 RIU-1。该研究结果为光子晶体光纤表面等离子体生物传感器的设计提供了理论参考。

基于非对称圆形谐振腔金属-介质-金属波导结构的带阻滤波器

提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100nm、两圆间距为200nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000nm,工作范围可增大到2500nm。

基于锯齿共振腔耦合金属波导结构的多通道等离子体逻辑门输出光源

提出了一种基于锯齿共振腔耦合金属波导结构。研究发现,该波导结构在加入锯齿共振腔后有更好的信号输出频率,可通过调整锯齿共振腔长度和宽度实现对逻辑门光源输出信号频率的控制;并通过增加结构中输出波导数量来增加逻辑信号的输出端口,可实现双通道及三通道逻辑信号的输出功能。该锯齿共振腔耦合金属波导结构构建的逻辑门输出光源具有较好的传输效率和较宽的工作带宽,通过调整锯齿共振腔的长宽参数,传输效率可达60%,平均工作范围为1000nm。

基于金正六边形晶格孔阵列-二氧化硅结构的光纤传感特性研究

提出了一种基于光纤端面金属正六边形晶格圆孔阵列-二氧化硅结构,该结构的表面等离激元耦合作用受到其法布里-珀罗腔的加强,获得了较好的光谱传输特性。采用时域有限差分法对该结构进行数值仿真,研究了正六边形晶格圆孔阵列结构中圆孔直径和阵列周期等参数对反射光谱的影响,并分析了基于该现象的折射率传感特性。仿真结果表明:当金属厚度、圆孔直径和阵列周期分别为100 nm、200 nm和530 nm时,该结构展现出较好的反射特性。并在此基础上优化结构参数,获得486±4 nm/RIU的折射率灵敏度,能为应用在环境监测、食品安全等传感领域提供一个新的技术支持。