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《哈尔滨工业大学》 2011年
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银膜/增益介质界面处表面等离子体激元的增益放大特性

关立群  
【摘要】:表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,简称SPPs)是一种发生在金属与电介质界面处自由电子集体振动模式。它能够把光波限制在远小于波长的尺度内传播,打破了传统光学衍射极限,从而为实现高集成度的光电子芯片奠定基础。但是,金属在可见光波段强烈的吸收损耗大大缩短了SPPs的传播距离,从而大大降低了SPPs器件的品质因子,这严重阻碍了基于SPPs的器件和系统的应用研究。本文从理论和实验两方面研究了金属薄膜和增益介质薄膜界面处SPPs的传播特性,期望能够在泵浦光作用下通过增益介质的放大作用实现SPPs的增益放大,从而克服SPPs的传播损耗。该工作对于主动SPPs器件的研发具有重要的参考价值。 本文构建了棱镜/金属/增益介质系统,通过衰减全反射法在银膜和介质膜界面处激发SPPs,并研究了解耦合的反射光波的性质。运用传输矩阵方法,数值模拟了系统反射率曲线随增益的变化情况。当增益大于损耗时,反射率曲线在共振角处出现一个尖峰,此时SPPs在界面的传输距离随增益增加而增加。 自行制备了棱镜/银膜/掺杂R6G的PMMA样品,利用632.8nm的连续光测量了系统衰减全反射曲线的形状,给出了532nm的纳秒脉冲泵浦光激发增益介质之前与之后的衰减全反射曲线的变化情况。当泵浦光功率达到某一程度时,反射率曲线出现尖峰,对应的最佳增益值可达150%,这与理论分析结果基本吻合。在此基础上,逐渐增加泵浦光功率,得到了归一化的反射光强随泵浦光功率的线性变化曲线、SPPs增益阈值角谱以及反射光的增益角谱。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O53

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