等离子体格子孤子

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在亚波长尺度观察和操纵光成为了纳米光子学发展所面对的主要挑战。当传统的光学电路的尺寸降低到纳米尺度,光的空间分布受到固有的衍射极限的限制。为了突破衍射极限,表面等离子体激元,一个在介质材料和金属材料的界面上高度局域的电磁波,被认为是一种很有前途的解决方式。非线性等离子体采用了非线性表面等离子体激元(SPP)的性质,吸引了越来越多的关注。例如,利用非线性克尔效应来平衡表面等离子体激元的衍射从而形成了空间SPP孤子。由于SPP具有增强非线性效应这一独特性质,可以提供在纳米尺度主动控制光场的可能性。  最近提出了一种很有前途的结构,可以支持亚波长等离子体格子孤子。它是由置于非线性克尔介质上呈周期性排列的金属纳米阵列组成。相邻金属纳米线之间的SPP的隧道效应被介质的非线性所抑制,从而在亚波长尺度形成了等离子体格子孤子(PLSs)。然而,目前为止所有报道过的PLS的解都是由耦合模理论获得的。耦合模理论只有当纳米线之间距离足够大时有效。因此,这些被报道过的PLS是不是真实存在于等离子体格子系统中的孤子呢?我们通过严格求解完整的三维非线性麦克斯韦方程组研究了PLS的存在和特性。并与耦合模理论的计算结果进行比较。  我们发现等离子体格子孤子展示了能量局域的不同的性质,以及独特的取决于纳米线间距的能量依赖关系。另外,本文研究了金属损耗的情况,以及光增益对模式损耗的补偿情况,发现光增益可以平衡金属损耗,而且平衡损耗的增益系数远远小于损耗系数。这对实验观察这种非线性模式具有重要的意义。
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