研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。
光学器件 表面等离激元 电磁诱导透明 金属-介质-金属波导 有限元法 光学学报
2022, 42(10): 1023002
1 上海大学物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 吉林大学物理学院相干光与原子分子光谱教育部重点实验室, 吉林 长春 130012
基于电磁理论及相关研究,提出了一个计算T型腔太赫兹平行平板金属波导消逝模共振频率的拟合公式,分别用拟合公式和COMSOL软件研究了不同参数下消逝模的共振频率。实验结果表明,两种方法得到的结果吻合程度较好,相对偏差均不超过0.3%。拟合公式提供了一种快速简单又能准确获得消逝模共振频率的计算方法。
平行平板波导 谐振器 太赫兹 模式 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 152301
基于介质加载石墨烯等离激元波导(DLGPW),提出并研究了单介质加载双层石墨烯对称表面等离激元波导(DLTGSSPW)。在DLTGSSPW中,双层石墨烯中的表面等离激元(SPP)相互作用,形成耦合的SPP模,即对称和反对称SPP模。采用有效折射率法和有限元法进行研究,发现耦合的SPP模的有效折射率、传播损耗、模式数目及电场强烈地依赖于DLTGSSPW的参数,例如入射波长、单介质条的高度和宽度等。耦合的SPP模与三层介质平板波导中的导模很相似。另外,当单介质条的高度足够大时,在每层石墨烯中,耦合的对称和反对称SPP模退化成非耦合SPP模,DLTGSSPW可被看作两个独立的DLGPW。DLTGSSPW这种性质使其有望在集成光学器件中有潜在的应用价值。
表面光学 表面等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202413
为了实现太赫兹高斯光束与双曲线形金属波导的高效耦合, 设计了一个渐变的椭圆-双曲线形金属波导连接器。此波导连接器的输入端是矩形的, 输出端是椭圆-双曲线形的。在渐变的过程中, 矩形金属波导的TE01模逐渐转变成双曲线形金属波导的椭圆偏振模。根据WKB近似, 这个缓慢渐变的波导消除了反射和散射, TE01模和椭圆偏振模的耦合效率可以高达94%。最终, 经过这个渐变连接器, 高斯光束和双曲线形金属波导的耦合效率可以提高到69.1%。
连接器 波导 远红外或太赫兹 金属光学 connector waveguides far infrared or terahertz metal optics 红外与激光工程
2019, 48(2): 0203003
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Shanghai University, Shanghai 200444, China
2 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Centre d’Optique, Photonique et Laser (COPL) and Département de physique, de génie physique et d’optique, Université Laval, Québec, Québec G1V 0A6, Canada
We report on a systematic study of the laser polarization effect on a femtosecond laser filamentation in air. By changing the laser’s ellipticity from linear polarization to circular polarization, the onset position of laser filament formation becomes farther from the focusing optics, the filament length is shorter, and less laser energy is deposited. The laser polarization effect on air filaments is supported by a simulation and analysis of the polarization-dependent critical power and ionization rates in air.
320.2250 Femtosecond phenomena 260.5430 Polarization Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 073201
1 上海大学 物理系，上海 200444
2 吉林大学 物理学院 相干光与原子分子光谱教育部重点实验室，长春 130012
提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构，该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟，观察到双PIT透明窗口，通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明，当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5 μm、石墨烯费米能级为1.5 eV时，可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.
超材料 太赫兹 石墨烯 类电磁感应透明 Metamaterial Terahertz Graphene Plasmon-induced transparency
选择周期阵列微纳结构金属银膜作为研究对象, 用有限元方法对其透射特性进行了数值模拟。研究了孔径大小、金属膜厚度、阵列周期以及入射光的偏振状态对微纳结构透射谱线的影响。结果表明, 透射谱线只对阵列周期的变化敏感。
薄膜 透射 微结构 有限元方法 金属薄膜 阵列 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 083101
在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元（GSPP）模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明，通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目，并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况，表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。
表面光学 等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯
透明光学玻璃中的氧化铟锡(ITO)是一种高度简并的半导体，其介电常数随入射波长变化且为复数。以此作为介质层，设计了Ag-ITO-Ag波导结构，研究了其表面等离子激元（SPP）的相关特征参数及电磁波在该结构中的传输特性。具体给出了这种结构波导的场分布、SPP波长、传播距离及色散方程的表达式，讨论了其色散特性；研究了其群速度随入射波长的变化关系，讨论了介质层厚度对群速度的影响，以及相同的覆层结构(Ag)不同中心介质(ITO,air,SiO2)对群速度的影响及其慢光效应。结果表明，Ag-ITO-Ag波导结构更有利于光子器件的小型化和集成化。
表面光学 表面等离子激元 金属包覆介质波导 色散 群速度 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 052401
