銀納米線及其線基復(fù)合結(jié)構(gòu)之spp傳輸、調(diào)控研究

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1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文萬方數(shù)據(jù)銀納米線及其線基復(fù)合結(jié)構(gòu)之SPP傳輸、調(diào)控研究作者姓名：學(xué)科專業(yè)：導(dǎo)師姓名：完成時間：蔣厚強光學(xué)王沛教授明海教授二O一四年四月萬方數(shù)據(jù)UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor，SaegreeTransmissionandManipulationofSurfacePlasmonPolaritonsinAg．．．．．nanowireNanostructuresAuthor’SName：Houq

2、iangJiangSpeciality：OpticsSupervisor：Prof．PeiWangProf．HaiMingFinishedtime：April，2014萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行研究工作所取得的成果。除己特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含任何他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均己在論文中作了明確的說明。作者簽名：甄簽字日期：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明作為申請學(xué)位的條件之

3、一，學(xué)位論文著作權(quán)擁有者授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即：學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，可以將學(xué)位論文編入《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》等有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。本人提交的電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定?？诠_口保密(——年)作者簽名：塹壁至墾導(dǎo)師簽名：簽字日期：翌!笠[!：2簽字日期：了3(I厶、為l緶／

4、‘、7f萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要表面等離激元

5、(SurfacePlasmonPolaritons，SPP)能夠有效地將光場壓縮到超衍射極限以下，是實現(xiàn)納米尺度光操控及其高集成光子回路的有效途徑。表面等離激元光學(xué)(plasmonics)及基于SPP的新型功能器件及集成技術(shù)已成為當(dāng)前非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。金屬銀納米線是激發(fā)、傳輸SPP最實用、最基本的單元結(jié)構(gòu)，基于此可構(gòu)筑各種功能獨特的表面等離激元光子器件及其集成回路，比如全光、量子邏輯回路，光學(xué)納腔等；同時，銀納米線SPP局域場增強特性，可極大地增強光與物質(zhì)相互作用，在調(diào)控輻射光場特性，實現(xiàn)納激

6、光源等方面具有獨特的優(yōu)勢。開展相關(guān)研究不僅包含了基于小尺度和表面效應(yīng)的基本物理，又具有廣泛應(yīng)用前景，對發(fā)展新一代納米光子器件及其納米芯片光電集成技術(shù)，加強表面等離激元光學(xué)與光電子學(xué)、信息學(xué)科、材料科學(xué)等學(xué)科交叉，都具有重要意義。本論文重點開展了銀納米線及其線基復(fù)合結(jié)構(gòu)的SPP模式傳輸特性、共振腔特性以及與量子點耦合調(diào)控特性研究。主要研究成果如下：1．基于柱坐標下經(jīng)典的麥克斯韋方程，研究銀納米線在均勻介質(zhì)中的傳播特性；通過有限元算法(FEM)研究比較了勻介質(zhì)包覆的銀納米線、均勻介質(zhì)襯底負載的銀納米線和銀納米

7、線GAP．SPP傳輸結(jié)構(gòu)的模式特點及其傳輸特性；基于銀納米線SPP模式特點，研究了多個傳輸模式耦合疊加形成的旋轉(zhuǎn)場分布特性。2．研究分析了銀納米線上、線表面以及線GAP結(jié)構(gòu)中的超晶格結(jié)構(gòu)，對銀納米線SPP傳輸?shù)恼{(diào)控；設(shè)計了不同的超晶格結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)了SPP傳輸模式的反射和濾波功能。3．分析比較了均勻介質(zhì)包覆的銀納米線、均勻介質(zhì)襯底負載的銀納米線和銀納米線GAP—SPP傳輸結(jié)構(gòu)的環(huán)腔特性；基于銀納米線GAP．SPP傳輸結(jié)構(gòu)，設(shè)計構(gòu)筑了一種易于實現(xiàn)的、高Q／Veff的GAP．SPP—FP腔。通過FDTD數(shù)值模

8、擬和簡化FP模型研究分析了該結(jié)構(gòu)的腔模特性，獲得了o．0026(Vn)3的超小模式體積和1．4×105／um3的高OJVetf：提出7"禾aJ用量子點耦合該GAP．SPP—FP腔調(diào)控SPP的方案，并通過轉(zhuǎn)移矩陣方法，研究分析了該耦合體系調(diào)控的SPP傳輸特性。4．自行搭建了一套寬帶白光源局域激發(fā)、成像選擇探測的銀納米線SPP傳輸光譜測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了入射光局域激發(fā)與出射光譜選擇探測的分離。利用這套萬方數(shù)據(jù)摘要測量系統(tǒng)研究了不同長度的銀納米線及其在不同環(huán)境中的SPP傳輸譜特性，并建立了簡化FP腔分析模型，理論分

9、析和實驗結(jié)果吻合得非常好。本論文的創(chuàng)新點和特色：1．系統(tǒng)地研究了銀納米線及其線基復(fù)合結(jié)構(gòu)的SPP模式特性、腔特性?；谄銼PP模式特性分析，設(shè)計構(gòu)筑了一種易于實現(xiàn)的、高Q／Veff的GAP—SPP—FP腔，并建立簡化FP腔分析模型，分析了該結(jié)構(gòu)的腔模特性。數(shù)值模擬結(jié)合理論分析，獲得了0．0026(X／n)3的超小模式體積和1．4X105／um3的高Q／V州。提出了利用量子點耦合該GAP—SPPFP腔調(diào)控SPP的方案，并通過轉(zhuǎn)移