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长春光机所在表面等离激元模式耦合研究中取得进展 通过等离激元纳米结构实现光与物质的相互作用，可以带来强的光场束缚效果，这意味着能量可被有效控制并压缩在微米或纳米尺度上。小的光模式体积对于器件设计具有重要意义，在诸如构造超表面材料，突破衍射极限，实现高集成度光学元件等方面有广泛的应用前景。由于等离激元结构中金属部分的存在，较大的欧姆损耗是不可避免的。损耗会直接降低器件的效率，对于热光系数大的材料（诸如常见的半导体硅等），热损耗导致材料特性发生改变，造成器件工作状态的不稳定。因此，如何利用模式耦合等方法，在保证小的光模式体积的前提下降低结构的损耗，是当前研究的热点之一。 科研人员利用激光直写等手段，制备了两种多层硅-铝复合光栅结构。在第一种结构中，利用交替排列的五层硅-铝薄膜构成了对称的金属—介质—金属波导，激发的表面等离激元会在介质层波导中形成F-P谐振，使反射谱具有明显的频率选择特性和线性可调谐特性。谐振峰波长可以通过对称波导理论严格求解，所得结果与时域有限差分仿真结果高度吻合。在第二种结构中，复合光栅由光栅条带和深槽结构两部分组成。除了F-P谐振以外，深槽结构会激发腔效应产生，引入其他的谐振模式。在倾斜光入射条件下可以观察到新模式的产生，这些模式在特定的波长会耦合在一起，形成C-S杂化模式。此外，通过改变光栅波导的宽度，F-P谐振模式与腔效应谐振模式会有规律地耦合产生杂化模式。该现象已经通过实验得到了准确验证。 研究人员分别计算了两种结构的品质因数来评估其欧姆损耗高低。品质因数越高，结构的损耗也就越低。通过计算可以发现，相对于第一种结构，第二种复合深槽形光栅结构的品质因数提高了两个量级，达到了313.81。这说明复合深槽光栅通过杂化模式的激发，实现了强光场束缚作用和低欧姆损耗效果的并存，为今后设计高品质的等离激元器件提供了支持。 图1.复合光栅的制备过程、形貌以及近红外反射谱。 图2.复合槽形光栅的形貌、不同光栅条带宽度对应的反射谱，以及不同模式下的电场分布。 论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201700496/full 分享到：
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