基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管

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祁云平, 南向红, 摆玉龙, 王向贤. 2017: 基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管, 物理学报, 66(11): 270-281. doi: 10.7498/aps.66.117102
引用本文: 祁云平, 南向红, 摆玉龙, 王向贤. 2017: 基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管, 物理学报, 66(11): 270-281. doi: 10.7498/aps.66.117102
Qi Yun-Ping, Nan Xiang-Hong, Bai Yu-Long, Wang Xiang-Xian. 2017: All-optical diode of subwavelength single slit with multi-pair groove structure based on SPPs-CDEW hybrid model, Acta Physica Sinica, 66(11): 270-281. doi: 10.7498/aps.66.117102
Citation: Qi Yun-Ping, Nan Xiang-Hong, Bai Yu-Long, Wang Xiang-Xian. 2017: All-optical diode of subwavelength single slit with multi-pair groove structure based on SPPs-CDEW hybrid model, Acta Physica Sinica, 66(11): 270-281. doi: 10.7498/aps.66.117102

基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管

All-optical diode of subwavelength single slit with multi-pair groove structure based on SPPs-CDEW hybrid model

  • 摘要: 全光二极管是集成光子回路上最基本的光子器件,如何有效增强全光二极管的单向透射性,提高消光比一直是学者们研究的重点.当前,利用表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)和复合衍射衰逝波(composite diffracted evanescent wave,CDEW)的亚波长金属微纳结构构建全光二极管器件还鲜有研究.因此,开发出一种可调制的全光二极管,对未来制备复杂的光子回路具有重要意义.本文提出了一种基于SPPs-CDEW混合模式设计全光二极管的方法和结构,该结构结合纳米缝中的类法布里-珀罗共振效应,利用结构参数对SPPs进行调控,实现了光束单向透过的功能.首先,利用理论推导和有限元算法分析了单缝-对称双凹槽纳米结构的透射增强现象,提出了透射增强和削弱的物理机理.其次,计算出规约化透射率随单狭缝和凹槽对之间距离变化的远场透射谱,给出的理论和数值计算结果符合得很好.最后,通过此透射谱精确确定凹槽的位置和数量,得出上表面对称分布五对增强透射凹槽、下表面六对抑制透射凹槽的最优全光二极管结构,有效增强了全光二极管的单向透射性,提高了消光比,最大消光比可以达到38.3 dB,即正向透射率是反向透射率的6761倍,比已有文献提高了14.6 dB,并在850 nm左右有70 nm宽的工作波长带宽(>20 dB).本文提出的光二极管结构简单,宽带宽工作,易于集成,耦合效率高,研究结果对光学信号传输、集成光回路、超分辨率光刻等相关领域具有潜在的应用价值.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-06-15

基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管

  • 西北师范大学物理与电子工程学院,兰州,730070
  • 兰州理工大学理学院,兰州,730050

摘要: 全光二极管是集成光子回路上最基本的光子器件,如何有效增强全光二极管的单向透射性,提高消光比一直是学者们研究的重点.当前,利用表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)和复合衍射衰逝波(composite diffracted evanescent wave,CDEW)的亚波长金属微纳结构构建全光二极管器件还鲜有研究.因此,开发出一种可调制的全光二极管,对未来制备复杂的光子回路具有重要意义.本文提出了一种基于SPPs-CDEW混合模式设计全光二极管的方法和结构,该结构结合纳米缝中的类法布里-珀罗共振效应,利用结构参数对SPPs进行调控,实现了光束单向透过的功能.首先,利用理论推导和有限元算法分析了单缝-对称双凹槽纳米结构的透射增强现象,提出了透射增强和削弱的物理机理.其次,计算出规约化透射率随单狭缝和凹槽对之间距离变化的远场透射谱,给出的理论和数值计算结果符合得很好.最后,通过此透射谱精确确定凹槽的位置和数量,得出上表面对称分布五对增强透射凹槽、下表面六对抑制透射凹槽的最优全光二极管结构,有效增强了全光二极管的单向透射性,提高了消光比,最大消光比可以达到38.3 dB,即正向透射率是反向透射率的6761倍,比已有文献提高了14.6 dB,并在850 nm左右有70 nm宽的工作波长带宽(>20 dB).本文提出的光二极管结构简单,宽带宽工作,易于集成,耦合效率高,研究结果对光学信号传输、集成光回路、超分辨率光刻等相关领域具有潜在的应用价值.

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