基于Tamm等離激元的光學雙穩(wěn)器件研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、光學Tamm等離激元(OTP)作為一種新型的金屬表面等離激元(SPP),因為其易于激發(fā)、對環(huán)境折射率敏感和強局域化的特性,已經(jīng)得到越來越多的關注,并已應用于各類光集成和傳感器件中。同時激發(fā)表面等離激元和光學Tamm等離激元的光學器件在工作波長范圍、非線性增強效應和控制自由度方面更具有優(yōu)勢,為未來光信息處理和光存儲領域的應用提供了新途徑,值得更深入的研究。
  本文研究一種混合型的表面等離激元光子結構:金屬-電介質-金屬-分布式布拉

2、格反射鏡(MDM-DBR),該結構由激發(fā)SPP的金屬-電介質結構,激發(fā)OTP的金屬-DBR結構復合而成,能夠同時產(chǎn)生SPP、OTP和混合表面等離激元(HPP)三種等離激元效應,在反射譜中表現(xiàn)為三個尖銳的dip對應這三種效應的諧振波長。三個等離激元的光局域場分布各不相同,其中SPP局域場分布在金屬-電介質界面, OTP局域場分布在DBR中,HPP局域場在前兩者的分布區(qū)域都存在。結構中介質層折射率的增大時,SPP諧振波長產(chǎn)生明顯紅移,其它兩

3、種等離激元諧振波長變化不明顯。
  分析上述規(guī)律的基礎上,在對應區(qū)域引入三階非線性Kerr介質,作為非線性區(qū),采用FDTD Solutions仿真工具構建時間域上的動態(tài)仿真模型,并對入射光強在時域上進行正反向掃描后,分別獲得三個等離激元的非線性雙穩(wěn)態(tài)機制。針對等離激元的雙穩(wěn)態(tài)特性,驗證了反射光和局域光的電場振幅變化,與雙穩(wěn)態(tài)的變化一致;分析了掃描速率對雙穩(wěn)區(qū)域寬度的影響,發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生明顯雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象后,隨掃描速率降低,雙穩(wěn)區(qū)寬度逐漸變

4、窄并趨于穩(wěn)定。
  進一步利用同時存在的三個等離激元的非線性雙穩(wěn)機制,設計了一個新型的光控雙穩(wěn)開關,結合非線性Kerr效應以及HPP與SPP或OTP光局域場空間的重合關系,理論實現(xiàn)了通過激發(fā)HPP雙穩(wěn)態(tài)同時控制SPP、OTP的雙穩(wěn)態(tài)的功能:HPP的雙穩(wěn)激發(fā)光作為控制光源,光強度隨掃描時間變化;SPP和OTP的激發(fā)光作為信號光源,光強度穩(wěn)定不變;對控制光進行正反向掃描時,HPP的雙穩(wěn)機制被激發(fā),對應非線性區(qū)域折射率的變化,同時引起S

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