太赫兹表面等离子体激元的单向传播及其应用

摘要

单向电磁边界模式及其相关波导是实现小型化非互易光学功能器件的有效途径。基于表面等离子体激元(SPPs)的单向波导由于其结构简单，能够实现亚波长约束而受到广泛关注。在外磁场的作用下，半导体的介电常数具有张量形式，其在非对角元的不对称性导致了半导体表面支持的磁表面等离子体激元(SMPs)在正向和反向传播的渐进频率发生分离，从而形成了单向传播区域。
　　我们理论分析了磁化半导体-介质界面上SMPs的色散特性，分别模拟了在两种不同的材料覆盖层（金属和光子晶体）下单向SMPs的传输性质，提出了太赫兹频率范围内抗背向散射的单向SMPs波导结构，并设计了基于此单向波导的太赫兹波捕获机制。
　　我们发现，根据外磁场强度的不同，SMPs的色散曲线有三种不同的形式。在金属覆盖层情况下，半导体的禁带范围内会出现一个完全单向传播区域，该区域在适当选择磁场强度时可以使带宽达到最大。我们同时分析了介质层中传播的常规模式以及金属镜面效应对SMPs传播距离的影响。在光子晶体覆盖层情况下也会出现一个完全单向传播区域，而且由于光子晶体的影响，SMPs的色散曲线出现禁带。通过引入超结构材料，我们设计并模拟了两种完全捕获太赫兹SMPs的机制。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 引言

1.1 太赫兹技术

1.2 表面等离子体激元

1.3 单向电磁模式与磁表面等离子体激元

第2章 表面等离子体激元的物理模型与解析分析

2.1 表面等离子体激元的物理模型

2.2 磁表面等离子体激元的模式分析

第3章 金属覆盖层完全单向波导

3.1 波导结构和色散特性

3.2 完全单向传播带

3.3 介质中的常规模式与传输仿真

3.4 镜面效果

3.5 本章小结

第4章 光子晶体覆盖层完全单向波导

4.1 波导结构物理模型

4.2 色散结构与传输模拟

4.3 太赫兹波的捕获

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果