【摘 要】
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高Q金属微纳器件在纳米光子学和光电子学中有着广阔的应用前景,在光谱选择性发射、吸收过滤、纳米激光、量子光学、光镊等方面有极高的应用价值。然而,由于金属微纳结构中固有的欧姆损耗和辐射阻尼,很难获得极窄的表面等离激元共振,设计出具有较高Q值的金属微纳器件。本论文主要基于时域有限差分法,设计并研究了三种基于表面等离激元的高Q金属微纳器件,主要内容如下:1、提出了一种基于介质膜堆结构的高Q金属微纳滤波器。
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高Q金属微纳器件在纳米光子学和光电子学中有着广阔的应用前景,在光谱选择性发射、吸收过滤、纳米激光、量子光学、光镊等方面有极高的应用价值。然而,由于金属微纳结构中固有的欧姆损耗和辐射阻尼,很难获得极窄的表面等离激元共振,设计出具有较高Q值的金属微纳器件。本论文主要基于时域有限差分法,设计并研究了三种基于表面等离激元的高Q金属微纳器件,主要内容如下:1、提出了一种基于介质膜堆结构的高Q金属微纳滤波器。在LID-HID衬底上制备超薄金属纳米狭缝阵列,实现了多重高品质因数的谐振,获得了高品质因数的透射峰。通过叠加LID-HID介质层,可以自由控制高Q透射峰的数目和其品质因数。以三层LID-HID介质层的结构为例,通过优化其结构参数,透射峰的线宽可以减小到1nm的极限,品质因数Q可以达到700。该研究为设计高品质因数的多波段纳米光子器件提供了理论依据,在下一代高分辨率表面等离激元生物传感和滤波技术中具有潜在的应用前景。2、提出了一种高Q双通道金属微纳完美吸波器。该吸波器是在金衬底上沉积一层介电质层,并在其上制备十字交叉的双纳米锗棒阵列。基于交叉纳米锗棒中的高阶共振和类布洛赫波共振,该平面超材料结构可以实现多个高吸收的窄带谐振峰。在905 nm和1161 nm处有两个近完美吸收峰,吸收率分别为99.97%、99.99%,带宽分别18 nm、19 nm。该结构在太阳能光伏产业、生物传感器、光开关和滤波器中具有巨大的应用潜力。3、提出了一种基于表面等离激元波导的非对称方环谐振器。通过调整纵向距离Δz和横向距离Δx可以控制一阶谐振模式和二阶谐振模式。随着Δz或Δx的变化,在非对称方环谐振腔中的两个二阶谐振模式可以相互耦合并增强吸收,同时一阶谐振模式发生分裂。该研究为提高谐振的Q值提供了新思路,研究成果在传感和滤波方面具有巨大的应用潜力。
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