【摘 要】
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表面等离极化激元是一种具有亚波长束缚特性的瞬逝波,它沿金属-介质表面进行传播,不仅可以突破光的衍射极限,还拥有对周围环境和结构介电参数敏感的特性,因而广泛运用于亚波长微型光电子传感器中。在基于表面等离极化激元设计的众多结构中,金属-介质-金属结构因其结构简单、易于集成,在亚波长光学器件中表现出良好的运用前景。Fano共振是连续亮态受离散暗态冲击而形成的。与洛伦兹峰相比Fano峰不仅能增强场的分布,
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表面等离极化激元是一种具有亚波长束缚特性的瞬逝波,它沿金属-介质表面进行传播,不仅可以突破光的衍射极限,还拥有对周围环境和结构介电参数敏感的特性,因而广泛运用于亚波长微型光电子传感器中。在基于表面等离极化激元设计的众多结构中,金属-介质-金属结构因其结构简单、易于集成,在亚波长光学器件中表现出良好的运用前景。Fano共振是连续亮态受离散暗态冲击而形成的。与洛伦兹峰相比Fano峰不仅能增强场的分布,还具有尖锐的和不对称的传输谱线。因此基于Fano共振设计的金属-介质-金属结构的传感器具有结构简单,易于加工,品质因数高、检测简便和检测结果可靠的优点,是近几年微纳光电子器件设计领域的热点。但是该类传感器始终存在传感灵敏度低和加工后传输峰动态不可调的问题。围绕这两个问题,本课题主要开展了如下工作:1.设计了乙醇密封八边环形谐振腔金属-介质-金属波导的两用传感器。利用有限元数值仿真和多模耦合模式理论对该结构的透射谱进行了分析,还利用表面等离极化激元色散方程分析了乙醇作为热敏感填充材料的可行性。作为温度和折射率传感器其灵敏度分别高达0.9nm/℃和2400nm/RIU。2.之前利用环共振理论来解释红移或蓝移现象时多是将不同入射波长条件下的效折射率实部视为一个固定值,这种研究方法存在一定的误差。本文以环形贯通等离子体系统为研究基础,将有效折射率实部视为变量,保证在计算环共振理论时带入的效折射率实部为精确值。从理论上解释了透射峰随rb增大发生的红移现象。数值计算结果和理论结果对比良好。3.提出了动态可调金属-介质-金属和石墨烯混合腔折射率传感器系统,将石墨烯纳米管引入谐振腔,使其产生等离激元共振,从而使得透射谱出现Fano共振。通过外加电场,改变石墨烯纳米管的性质,达到动态调控Fano峰的目的,解决了加工后传感器工作性质不可变的问题。
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