【摘 要】
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等离激元结构结合磁光系统是近些年来磁光学的新兴方向。通过等离激元结构带来的电磁场能量束缚,我们可以将其于磁光体系结合,研究在亚波长范围内的磁光效应,从而实现磁光体统的微纳化,集成化。在此基础上,新型传感器,磁光隔断器等新的光学器件也不断地被研发出来,应用到实际研究和科技生产中。其中,贵金属作为优异的等离激元载体,被广泛应用在这些新型器件中。铝作为另一种优异的等离激元材料,近些年来也不断地被发掘和研
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等离激元结构结合磁光系统是近些年来磁光学的新兴方向。通过等离激元结构带来的电磁场能量束缚,我们可以将其于磁光体系结合,研究在亚波长范围内的磁光效应,从而实现磁光体统的微纳化,集成化。在此基础上,新型传感器,磁光隔断器等新的光学器件也不断地被研发出来,应用到实际研究和科技生产中。其中,贵金属作为优异的等离激元载体,被广泛应用在这些新型器件中。铝作为另一种优异的等离激元材料,近些年来也不断地被发掘和研究。在本论文中,我们通过有限时域差分法FDTD进行数值模拟,将铝等离激元结构与磁性材料结合,并通过和相同模型的贵金属结构进行比较分析,研究了铝在等离激元—磁光系统中的前景和潜力。本文的工作主要包含以下两个方面:1.二维孔阵铝等离激元薄膜与磁性介质层Bi:YIG结合的磁光法拉第效应计算通过时域有限差分法(FDTD),我们计算了在二维孔阵金属薄膜结合铋钇铁石榴石薄膜的结构中的磁光法拉第效应。在选取金、银、铝作为金属薄膜材料的基础上,我们计算并比较了透射率、法拉第偏转角等磁光特征数据,得出了与传统贵金属相比,铝在不同波段的表现。计算结果说明:在入射光处于550nm至750nm波段,金表现最为优异,铝在磁光特征谱上的数据略低于银。而在350nm至550nm波段,金基本不对磁光体系提供任何帮助,而铝和银都表现出了优异的特征谱增强。因而我们从计算结果中看到的铝等离激元结构在磁光系统的应用潜力和价值。2.覆盖氧化铝的二维孔阵薄膜与磁性介质层结合的磁光法拉第效应计算在二维孔阵铝薄膜—磁性介质层结构的基础上,我们在铝薄膜表面覆盖不同厚度的氧化铝来模拟氧化对于铝等离激元—磁光结构的影响。通过我们的模拟计算,存在氧化层时透射率和法拉第偏转角特征谱都产生了的红移,并且在增强透射率的同时,减小了偏转角的大小。通过我们的理论分析,认为氧化层削弱了局域等离激元共振(LSPR)的激发,并且改变了表面等离极化激元(SPP)的和FabryPerot的共振周期,从而得到了特征谱的变化。因此我们认为:1)铝等离激元—磁光结构对于氧化极为敏感,我们可以通过特征谱的红移就能发现氧化的存在,甚至能大致估算出氧化铝的含量。2)氧化层在减弱磁光法拉第效应的同时增强了透射率,这对于铝磁光器件的研制提供了理论上的支持。
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