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。
等离子波导表面增强拉曼散射 长程探测 plasma waveguide surface-enhanced Raman scattering long-range detecting
1 哈尔滨理工大学 测控技术与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 大连民族大学 信息与通信工程学院, 辽宁 大连 11660020005
为降低传输过程中的损耗, 加强介质加载等离子体波导的模式场约束, 并且优化等离子体波导的传输性能, 对基于介质加载的表面等离子体波导的传输特性做了进一步的研究, 设计了一种脊背型介质加载等离子体波导, 并对其模式场分布及其传输参数随波导中的几何参数与电磁参数的变化关系做了相应的研究。仿真结果得出: 基模的电场分量主要分布在该结构的金属/介质层1界面。该模式的传输特性, 随着该波导的几何参数的变化而发生相应改变, 因而可以通过改变这种结构的几何参数, 对场实现有效控制, 使其局域性明显增强。
等离子波导 传输特性 局域性 plasma waveguide transmission characteristics locality
1 华南师范大学 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东 广州 510631
2 华南师范大学 光电子材料与技术研究所，广东 广州 510631
分析了在 1 550 nm 波长下超薄金属膜(金膜厚t=10 nm)V-型槽等离子波导间长程沟道等离激元导模的定向耦合。通过计算不同波导间距下的模式分布，得出了定向耦合器中奇、偶模有效折射率实部和传播长度随波导间距的变化情况，并进一步计算了相邻波导间的耦合长度、最大串扰与波导间距的关系曲线。计算结果表明：在波导间距较小时，耦合长度小于各模式的传播长度，随着波导间距的增加，耦合长度随之增加，最大串扰随之减小。对超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦研究在集成光路的实际应用中具有重要的价值。
定向耦合 金属膜V-型槽 等离子波导 沟道等离子激元 directional coupling metal film V-groove plasmonic waveguide channel plasmon polariton
1 中国振华集团云科电子有限公司, 贵州 贵阳 550018
2 贵州航天计量测试技术研究所 贵州省功率元器件可靠性重点实验室, 贵州 贵阳550009
3 河南理工大学 物理化学学院, 河南 焦作 454000
4 同济大学 电子与信息工程学院, 上海 201804
本文在介绍表面等离子波导基本理论的基础上, 主要对表面等离子波导的若干应用进行综述, 包括基于表面等离子波导实现的光学和微波频段的慢波效应、类电磁感应透明现象、可调滤波器, 以及通过对电磁波绕射而实现的隐身效应等。最后指出该领域存在的问题与挑战, 并对今后的发展趋势进行了展望。分析认为, 通过引入增益介质、采用超导材料等方法降低表面等离子波导材料的损耗、减少工艺制作的难度是今后亟待解决的问题。
表面等离子波导 特异材料 慢波效应 surface plasmon waveguide metamaterials slow wave effect
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
设计了一种新型金属-多层绝缘介质-金属表面等离子波导结构, 利用时域有限差分法对其传输特性进行数值分析。研究了有效折射率和传播长度与中间多层绝缘介质厚度之间的关系, 并分析了金属层的角度对该波导结构中场分布的影响。结果表明: 当光波从波导结构上方垂直入射时, 电磁场被限制在多层介质中的高折射率区, 实现了场的耦合传输。多层绝缘介质的厚度均为220 nm时, 正六边形金属层结构对应的波导结构的传输性能较为理想。该结构能够实现亚波长尺度的光限制, 可以应用于光电子集成和传感器领域。
等离子波导 多层介质 传输特性 耦合传输 光电子集成 surface plasmon waveguide multi-insulator transmission property coupling transmission optoelectronics integration
1 南华大学 数理学院, 湖南 衡阳421001
2 南华大学 核科学技术学院, 湖南 衡阳421001
运用时域有限差分(FDTD)方法数值研究了一种亚波长之字形金属-绝缘体-金属(MIM)等离子波导结构的传输属性。之字形波导在连续两个拐角可向外延伸出1～4个短切口。每个切口独立构成一个谐振腔，谐振波长近似与切口深度成线性正比，而与切口方向无关。当任意一个切口满足谐振条件时，该波导结构在对应波长的透射率均趋近于0。随着同深度切口数目的增加，禁带波长区域逐渐展宽，形成一个良好的宽带滤波器。
亚波长 表面等离子激元 等离子波导 滤波器 subwavelength surface plasmon polaritons plasmonic waveguide filters
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响。结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭,滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显,而sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。这种表面等离子滤波器在高集成度的光学回路中具有一定的应用前景。
集成光学 表面等离子波导 滤波器 integrated optics surface plasmonic waveguides filter
1 长江大学 物理科学与技术学院，湖北 荆州 434023
2 武汉大学 物理科学与技术学院，武汉 430072
利用表面等离子激元的新颖特性，设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光，采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明：不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏，90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40 nm以上后，当直行段的长度适当时，弯曲段的透射率较相同长度的直波导的透射率要大.T型光功率分配器在两输出波导的间隙宽度比达到0.6及以上时，不同于传统介质波导的分光原则，能量主要沿等效折射率较小的输出臂流出.当两输入光的相位反相时，T型光开关处于输出截止的状态，当两输入光的相位同相时，T型光开关处于输出导通的状态.所有波导间隙均小于衍射极限，实现了超衍射极限传播，可用于未来了超大规模集成光路中.
集成光学 表面等离子波导 时域有限差分法 传输特性 Integrated optics Plasmonic waveguide Finite-difference time-domain Transmission characters
国网电力科学研究院 信息与通信研究所,南京 211106
对非对称的双面金属结构的放大区的色散损耗关系基于Drude模型和麦克斯韦方程进行数学推导,其后的PhotonDesign仿真证实了理论推导的正确性;并结合等效系数法首次将该推导过程应用于对基本脊型波导的色散及模的分析,为今后研究复杂脊型波导结构提供了理论依据。
太赫级 量子级联激光器 表面等离子波导 色散损耗 有效折射率 脊型波导 terahertz quantum cascade laser surface plasmon waveguide dispersion effective refractive index ridge waveguide
