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表面等离子波导及应用

王五松 张利伟 张冶文

王五松, 张利伟, 张冶文. 表面等离子波导及应用[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(3): 329-339. doi: 10.3788/CO.20150803.0329
引用本文: 王五松, 张利伟, 张冶文. 表面等离子波导及应用[J]. 中国光学(中英文), 2015, 8(3): 329-339. doi: 10.3788/CO.20150803.0329
WANG Wu-song, ZHANG Li-wei, ZHANG Ye-wen. Surface plasmon waveguide and its applications[J]. Chinese Optics, 2015, 8(3): 329-339. doi: 10.3788/CO.20150803.0329
Citation: WANG Wu-song, ZHANG Li-wei, ZHANG Ye-wen. Surface plasmon waveguide and its applications[J]. Chinese Optics, 2015, 8(3): 329-339. doi: 10.3788/CO.20150803.0329

表面等离子波导及应用

doi: 10.3788/CO.20150803.0329
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No.10904032);贵州省科学技术基金资助项目(No.J[2014]2076);贵州省科技计划资助项目(No.Z[2014]4001);河南理工大学基金资助项目(No.J2013-09, No.T2015-3)
详细信息
    通讯作者:

    王五松(1978—),男,河南上蔡人,博士,2012年于同济大学获得博士学位,主要从事特异材料、表面等离子、微波元器件方面的研究。E-mail:wangwusong126@163.com

    张利伟(1979—),男,河南确山人,博士后,副教授,硕士生导师,主要从事光子晶体、特异材料、表面等离子体等方面的研究。E-mail:lwzhang@hpu.edu.cn

    张冶文(1955—),男,浙江杭州人,教授、博士生导师,主要从事特异材料、电介质材料与驻极体材料方面的研究。E-mail:yewen.zhang@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: TNO11.4;TB383

Surface plasmon waveguide and its applications

  • 摘要: 本文在介绍表面等离子波导基本理论的基础上,主要对表面等离子波导的若干应用进行综述, 包括基于表面等离子波导实现的光学和微波频段的慢波效应、类电磁感应透明现象、可调滤波器,以及通过对电磁波绕射而实现的隐身效应等。最后指出该领域存在的问题与挑战, 并对今后的发展趋势进行了展望。分析认为,通过引入增益介质、采用超导材料等方法降低表面等离子波导材料的损耗、减少工艺制作的难度是今后亟待解决的问题。

     

  • 图 1  金属/介质界面上的表面等离子激元

    Figure 1.  SPPs on the metal/dielectric interface

    图 2  (a)基于二维微带传输线构建的MNG/DPS/MNG表面等离子波导; (b)改变单元电容(即MNG材料的有效磁导率),该波导内的表面等离子在不同的截止频率均为慢波; (c)在固定频率(f=1.3 GHz)点,表面等离子波群速度vg和相速度vp随单元电容值(即MNG材料的有效磁导率)的变化趋势 [24]

    Figure 2.  (a)MNG/DPS/MNG Spps waveguide based on two dimensional microstrip lines; (b)the SPP waves propagate slowly at different cutoff frequency while the unit capacitor (the effective permeability of MNG metamaterials) is changed; (c)the group velocity vg and phase velocity vp change with the unit capacitor[24]

    图 3  (a)具有不同凹槽深度h的金属分级光栅结构表面等离子激元波导的色散关系,插图为分级光栅结构分布(h=50~110 μm); (b)由色散关系得出的表面等离子激元模式群速度 [18]

    Figure 3.  (a)Dispersion relations of SPPs metal grating waveguide with different groove depth(h=50~110 μm); (b)group velocity of SPPs from dispersion relations [18]

    图 4  (a)金属/介质/金属表面等离子波导结构以及EIT透射谱(L1=600 nm,L2=610 nm (实线),L2=620 nm(点线),L2=630 nm(虚线)); (b)相位折射率与波长的变化关系(L1=300 nm,L2=310 nm(实线);L1=600 nm,L2=610 nm(点线))[33]

    Figure 4.  (a)Metal/dielectric/metal SPPs waveguide structure and EIT transmission spectrum(L1=600 nm,L2=610 nm(solid line),L2=620 nm(dotted line),L2=630 nm(dashed line)); (b)relationship between phase index and wave length(L1=300 nm,L2=310 nm(solid line); L1=600 nm,L2=610 nm(dotted line))[33]

    图 5  (a)含缺陷的MNG/DPS/MNG表面等离子通道模型; (b)基于二维微带传输线的MNG/DPS/MNG表面等离子缺陷通道; (c)仿真(实线)和测量(虚线)得到的透射谱; (d)含缺陷的MNG/DPS/MNG表面等离子通道电场分布(f=0.55 GHz)[34]

    Figure 5.  (a)MNG/DPS/MNG Spps channel with defects; (b)defected MNG/DPS/MNG Spps channel based on two dimensional microstrip; (c)simulated(solid line) and measured(dotted line) transmission spectrum; (d)the distribution of electric field in defected MNG/DPS/MNG Spps channel[34]

    图 6  (a)含Fabry-Perot谐振腔的金属/介质/金属表面等离子波导滤波器结构示意图; (b)滤波器透射谱(w1 =w2=50 nm,g=10 nm); (c)波导透射谱(w1=w2=50 nm,L=500 nm)[43]

    Figure 6.  (a)Metal/dielectric/metal SPPs waveguide filter with Fabry-Perot resonator; (b)the transmission spectrum(w1=w2=50 nm,g=10 nm); (c)the transmission spectrum(w1=w2=50 nm,L=500 nm)[43]

    图 7  (a)由真空/金/聚甲基丙烯酸甲酯构成的二维特异材料隐身结构,插图为中央区域原子力显微图像; (b)表面等离子波在该结构中的传播,λ=532 nm; (c)该隐身结构中的能流分布[48]

    Figure 7.  (a)Two dimensional metamaterial cloak based on vacuum/Au/PMMA,the inset is the atomic force microscopic image of central area; (b)SPP waves propagating in this structure,λ=532 nm; (c)the energy flux distribution[48]

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-11
  • 录用日期:  2015-12-13
  • 刊出日期:  2015-01-25

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