1 长沙学院电子信息与电气工程学院，湖南 长沙 410003
2 国防科技大学理学院，湖南 长沙 410073
利用强激光与等离子体相互作用产生的频谱特性可调谐的高次谐波辐射（HHG）一直是国内外研究的热点。利用二维粒子模拟程序对超强超短激光脉冲驱动等离子体波导激发的高次谐波的辐射特性与相关电子动力学行为进行了研究，讨论了驱动激光强度、等离子体密度等关键参数对所产生谐波的转换效率与椭偏率的影响与调控规律，并根据Baeve-Gordienko-Pukhov（BGP）理论分析了其内在物理机制。该研究为开发高亮度、超短超快、圆偏振、深紫外及软X射线波段台面型辐射源提供了新的技术途径，进而有望在超高灵敏度、超快速的物质手性检测手段的研发方面起到积极促进作用。
激光光学 强激光 等离子体波导 高次谐波 辐射特性 物理机制 光学学报
2022, 42(21): 2114001
本文设计了一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片, 利用介质波导激发等离子波导的耦合结构减小传输损耗, 增加传输距离, 以实现拉曼信号的长程探测。在632.8 nm的激发光入射下, 以金(Au)作为等离子波导芯层材料, PTFE做为介质光波导芯层材料, 经仿真分析发现: 介质光波导宽度为4 μm、厚度为0.2 μm, 等离子体波导宽度为4.5 μm、厚度为13 nm, 两波导间距D为3.1 μm时, 耦合效果最好, 场强大小约1.8024×108, 传输距离约0.3 mm, 是单独使用等离子波导传输距离的两倍。该研究为实现表面增强拉曼微流体芯片长程探测提供了理论依据。
等离子体波导 表面增强拉曼散射 远程探测 plasma waveguide surface-enhanced Raman scattering long-range detecting
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 鞍山师范学院物理科学与技术学院, 辽宁 鞍山 114007
设计了一种金属三角肋和增益介质三角肋完全对称并带有圆柱形空气缝隙的新型混合等离子体波导结构。采用COMSOL Multiphysics软件,分别仿真了波导的二维和三维耦合电场分布模型,并基于有限元法分析了波导的模式特性。研究结果表明:当工作波长为1550 nm时,设计的波导结构具有很强的光场约束能力、超长的传输距离、超低的传输损耗和增益阈值。对波导的结构参数进行了优化,当波导的有效模场面积达到0.0022λ2时,波导的传输距离能够达到69805 nm,传输损耗低至0.0017;基于此波导的激光器也具有很低的增益阈值,为49.3 cm -1。最后研究了实际制备过程中可能出现的制作误差对波导性能的影响,并分析得出此波导结构对制作误差具有较高的容忍度。与同类型带有空气缝隙的波导结构相比,此波导的综合性能更优,在各种集成纳米光子设备中具有很大的应用潜力。
光电子学 等离子体激元 混合表面等离子体波导 有限元法 模式特性 制作误差容忍度
基于表面等离子激元的纳米激光器能够将光源的尺寸降低几个数量级,结合表面等离子体波可将波长限制在纳米尺度内传输,突破衍射极限,从而实现与电子学器件的尺寸相匹配,最终实现整个光互连系统的小型化和低功耗。简述了表面等离子激元的基本原理,对近年来的表面等离子激元纳米激光器的研究工作进行了总结,详细介绍了各种结构及其优势,指出了该类激光器在开发过程中面临的挑战和今后的工作重点,展望了纳米激光器广泛的应用前景。
激光器 表面等离子激元 混合表面等离子体波导 回音壁模式 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202409
安徽大学电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
设计了一种高折射率基底的椭圆表面等离子体波导,基于有限元法对此波导支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度、 有效面积与几何参数、结构之间的关系进行了分析。能流密度分布表明能量主要集中分布在两个金属椭圆柱之间的中心区域,在金属与锗基底、基底与基底之间 也存在能量。通过调节两个椭圆的中心距离及其两个半轴的大小,可以实现此波导模式传输特性的分析。工作波长确定时有效折射率随中心距的增大而减小, 而传播长度增大。
纤维与波导光学 金属椭圆 表面等离子体波导 有效折射率 传播长度 fiber and waveguide optics metalic elliptical surface plasmonic waveguides effective refractive index propagation length
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
设计了高Q值表面等离子体传感器,传感器芯片的基底为200 μm厚的石英材料,上层为复合结构金属层。为保证高效传输,它的等离子体波导由共面波导结构(coplanar waveguide,CPW)过渡引出,经由表面等离子体传输线传输至谐振环,从而共振模式可以由等离子体波导和谐振环的相互耦合共振产生。通过仿真,对不同模式下的电场分布图对应谐振环的闭合状态进行研究,在传输系数S21图上得到6个明显的谐振谷,其中有3个谷的Q值十分高,这6个谐振谷的Q值范围为44.6~268.3。
等离子体波导 谐振环 传感器 plasmon waveguide resonator sensor
1 燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构, 基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析.主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数.结果表明:在工作波长为1550 nm时, 通过优化参数, 其有效模场面积达到0.00193 λ2, 传输长度为37.7 μm, 质量因数为4853, 该结构具有较低的损耗.与金属平板混合波导结构相比, 具有更大的质量因数, 更强的光场限制能力, 波导的综合性能更好.这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔应用前景.
混合表面等离子体波导 传输特性 有限元法 表面等离子体 hybrid plasmonic waveguide transmission characteristics finite-element method surface plasmon
1 山西大学物理电子工程学院，太原 030006
2 山西大学现代教育技术学院，太原 030006
本文设计了一种带有两个水平侧耦合Fabry-Perot (FP)共振腔的基于金属-绝缘体-金属(MIM)结构的Y型表面等离子体光波导结构。传输谱存在一个较窄的阻带，两个腔的长度相同时，两个输出端的传输谱几乎完全重合；两个腔长度不同时每个输出端的传输谱上的阻带位置也不同，并且当一个输出端透射率达到最小时，另一个输出端的透射率接近最大。通过调节两个FP共振腔的长度、宽度以及腔内介质的折射率，可以调节表面等离子体激元在腔内发生共振从而形成驻波的工作波长，实现探测灵敏度高达1280 nm/RIU、品质因子大于200的传感特性。利用这些特性可以在两个输出端对不同的工作波长实现滤波、开关、分束等功能，因此这种亚波长表面等离子体光波导结构在集成光学滤波器、纳米光开关、分束器以及折射率传感器等领域有一定的应用前景。
表面等离子体波导 传输谱 共振 surface plasmonic waveguide transmission spectrum resonance
上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
设计了一种介质加载石墨烯等离子体波导，研究了不同结构尺寸的波导模场分布及传输特性。仿真结果表明，当石墨烯的化学势为0.7 eV、波导脊宽度和脊高度均为1000 nm时，介质加载石墨烯等离子体波导的模式宽度达到最小值1.55 μm，传播长度达到43.47 mm。该介质加载石墨烯等离子体波导不仅可以满足波导设计的要求，也为纳米器件的长距离传输提供了可能。
表面光学 石墨烯 等离子体波导 传输特性 介质加载 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 112401
