基于劈裂環(huán)結構等離激元共振的電磁調控特性研究.pdf

1、表面等離激元是自由電子在光場的驅動下沿金屬表面作集體振蕩形成的電磁模式。利用表面等離激元獨特的共振特性，可以對光的經(jīng)典和量子性質進行調控。金屬納米結構的等離激元共振依賴其幾何形狀和結構尺寸。其中劈裂環(huán)結構(SRR)具有自然材料沒有的高頻磁響應。利用這種結構，人們可以實現(xiàn)包括負折射介質在內的各種新型功能材料，為控制光與物質的相互作用提供嶄新的調控手段。
　　本文圍繞劈裂環(huán)結構的等離激元共振進行了如下研究:
　　1.用解析方法分

2、析了在半導體（銻化銦）劈裂環(huán)結構中，載流子濃度變化導致的劈裂環(huán)共振頻率的調諧特性。根據(jù)單層劈裂環(huán)的LC共振模型，我們得出了“相對頻率調諧范圍”這一概念的解析表達式。該解析式表明，相對頻率調諧范圍依賴于劈裂環(huán)結構中動態(tài)電感與幾何電感的比值(RKG)?；谶@一結果我們進一步提出了雙層劈裂環(huán)結構，并利用雙層劈裂環(huán)之間的磁耦合提高了RKG，從而得到了比單層劈裂環(huán)結構更高的相對頻率調諧范圍。由解析模型得到的相對頻率調諧范圍（包括單層和雙層結構）與

3、FDTD仿真結果一致，證明了解析模型的正確性。
　　2.理論分析并實驗制備了基于HEMT-SRR耦合結構的太赫茲波調制器。改變結構中的柵極電壓，可以有效調控HEMT(高電子遷移率晶體管)基底中二維電子氣的濃度，從而調節(jié)劈裂環(huán)對太赫茲波的透過率。實驗結果表明，當直流柵極電壓由0V增加至3V時，該調制器在0.57 THz的透過率由50％降至36％。當施加交流柵極電壓時，利用該調制器實現(xiàn)了對入射太赫茲波的動態(tài)幅度調制。實驗測到的調制速率

4、高達10.6 MHz。該調制器在太赫茲通信中具有重要的應用價值。
　　3.提出了一種基于劈裂環(huán)高階磁共振的光頻段負折射率結構。仿真結果表明這種雙層劈裂環(huán)結構在395 THz到430 THz頻段內具有負折射率。并且該結構在負折射率頻段內具有較高的品質因子(FOM=4.59)，說明結構的吸收損耗比較小。我們還分析了結構參數(shù)對高階磁共振頻率的影響。這種結構為實現(xiàn)低損耗的負折射率光器件提供了一個選擇。
　　4.研究了一種基于“雙亮態(tài)