表面等离激元诱导透明及实现二次谐波转换研究

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表面等离激元是金属表面的自由电子与满足一定条件的入射光子相互作用形成的一种电磁振荡模式。一般情况下,当入射光频率与电子频率一致时,在金属与介质的分界面处会产生表面等离激元共振。当金属颗粒的尺寸远小于入射光波长时,金属颗粒周围会产生电磁振荡,形成局域表面等离激元。表面等离激元可以克服经典的衍射极限,在纳米尺度上实现对光子的调控。基于表面等离激元,可以实现诸如等离激元诱导透明、完美吸收、高灵敏度传感等多种效应。同时,表面等离激元在增强非线性转换方面也有很多应用,表面等离激元超材料、全电介质超材料等能很大程度地增强非线性转换效率。表面等离激元广泛应用于光电子集成、光传感器件、二次谐波等多个领域,其在信息、能源等领域也有广阔的应用前景。本文以表面等离激元理论及非线性光学理论为研究基础,对表面等离激元诱导透明和表面等离激元增强二次谐波转换效率方面做了一定的研究,主要工作内容如下:(1)简要概述表面等离激元的研究背景、研究现状及应用前景。(2)从电磁场理论出发介绍表面等离激元、色散关系及其激发方式,同时介绍了有限时域差分法、严格耦合波法、有限元法,其中重点阐述了本文研究所用的有限元法。(3)首先设计了一种新型近红外宽带局域等离激元诱导透明周期性阵列超材料,透射率超过80%,透射带宽达250nm。通过改变超表面的几何参数,可以调节透射带宽,或者实现对透射率的控制。之后设计了一种带有矩形条的矩形环波导结构,该结构能在特定波长处出现透射峰,产生表面等离激元诱导透明现象。研究了矩形条的参数变化对透射率曲线的影响,当改变矩形条参数时,透射峰的位置会发生移动,并对参数对等离激元诱导透明现象的影响做了研究总结。(4)介绍了非线性光学的发展和表面等离激元在增强二次谐波转换效率方面的研背景及发展现状,设计了一种金环与Li Nb O3圆柱结合的结构,通过优化参数,实现了二次谐波转换效率在一定程度上的增强,该结果有一定的应用价值。
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