杂化波导设计及银纳米球诱导的偶极-偶极相互作用的研究

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近年来,为了得到更加紧凑的低损耗波导结构,基于表面等离激元的金属波导被广泛研究,本文提出了一种在矩形金属沟槽中插入两块相同的矩形硅核的新型杂化波导结构,基于有限元方法,在波长为1550 nm时,系统地研究了两块介质核间的距离、介质核的高度、宽度以及介质核与金属间的距离对有效模面积和传播距离的影响。通过改变左右狭缝或者中间狭缝的场增强效应,能得到低损耗超小模面积的杂化模。当介质核与金属间的距离比较大时:相对于中间无狭缝的情况,缝隙为5nm时,该结构的有效模面积急剧减小,约减到无狭缝的七分之一,而传播距离略有增长,都在50个波长左右,而且中间缝隙越窄(不等于0 nm),该模面积越小,传播距离越大。介质核越高,传播距离越远而模面积几乎不变。当介质核与金属间的距离比较小时:中间缝隙越小,介质核的宽度越小,其模面积越小。以金属纳米球研究量化共振偶极—偶极相互作用是一个有前途的平台,它们支持局域表面等离激元。可以通过运用光子格林函数方法去研究由银纳米球(ANP)诱导的量化的共振偶极-偶极相互作用(RDDI)。当两个偶极子之间的距离增加时,RDDI逐渐减弱,ANP的高阶模对RDDI的影响比ANP的偶极模对RDDI的影响减小得更快。当两个偶极子固定在适当的位置时,在一段很宽的频率范围内(大于0.05e V),RDDI的能量传输率几乎是常数,即使ANP的半径有所变化,对其影响也很小。我们还发现,当改变其中一个偶极子,而另一个偶极子和ANP固定不动时,RDDI的能量传输率的最大值所对应的频率呈单调递减趋势,而且ANP的半径对它几乎没有影响。当两个偶极子离ANP比较远时,对RDDI的最大能量传输率起主要作用的是偶极模,若它们与偶极子的跃迁频率相吻合,而当两个偶极子离ANP比较近时,高阶模产生并且起主要作用。
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