光学微腔及其用于传感器的研究

Surface Plasmon Polaritons (SPPs) are electromagnetic waves propagatpropagating along a metal-dielectric interface with an exponentially decaying field in both sides. Sub-wavelength metal micro-nano structrues based on SPPs is always a research hot. And by researching the micro-nano optoelectronic devices based on the SPPs, it will promote the research progress of the new generation of micro-optoelectronic devices and optoelectronic integrated and all-optical circuit, etc. Here, based on the previous work, we will continue to study by theoretical analysis, numerical simulation, experiment and other ways: analysis of micro-cavity (such as the type pi) and its internal mechanism, research for the influence of the pressure or temperature on micro-cavity sensor, trying to develop the simple and efficient micro-cavity optical sensor.

表面等离激元是在金属-介质界面传输的电磁波与自由电子的耦合模式。基于表面等离激元的微腔结构一直是学术界研究的热点。而探索基于微腔结构的元器件，能促进微光电集成和光电子器件的进展。本项目在已有工作基础上，结合理论推导、数值模拟、实验等途径开展研究微腔结构(如pi型)，分析其内部机理，并将其用于传感器中，探讨压力或温度对传感器传输特性的影响，探索研发制备简单高效的微腔传感器。

表面等离激元(SPPs)是沿着金属和介质之间的界面传播的一种电磁波。因其能在亚波长传输、有潜力突破光学极限而被认为是实现纳米级集成光子电路的一个有前途的候选器件。现在人们已经提出并研究了各种基于SPPs的纳米结构，如金属纳米线和薄膜、金属衬底上的V形槽、混合SPPs波导等等。在这些结构中，尤以金属-绝缘体-金属（MIM）波导特别能将SPPs限制在绝缘体区域，并且MIM波导中的SPPs具有可接受的传输长度而备受瞩目。因此许多以SPPs为基础的器件也是基于MIM波导的，如滤波器、谐振腔、分离器和解复用器等等。不同材料放入波导中以便实现不同的功能。.鉴于SPPs的重要性，本项目对以下内容进行了研究：.1、对pi型微腔结构进行进一步优化，在pi型结构中加入染料分子，传输性能较之前有很大提高，强耦合现象明显。经过合理调整参数，阻带宽度可达到61nm。.2、研究了掺有染料分子的Kretschmann结构中的强耦合现象。SPP的辐射角随波长的变化呈Fano线形，SPP向光的转换效率呈现拉比分裂的强耦合现象。.3、研究了一种具有周期性介质圆柱的带阻滤波器。通过优化，当介质圆柱半径为150nm时，得到了大约400nm带阻宽度的滤波器。.4提出并研究了一种含有各向异性材料的等离子体结构。由于用各向异性材料填充圆形空腔，频谱上出现一个谷。通过对场分布分析，发现驻波图随波长的增加而顺时针旋转。.5、利用表面等离激元实现量子点荧光的方向调控。在单向辐射中，实现了量子点荧光辐射前后比超过11dB以上，辐射强度半高宽在35左右。.以上基于SPPs的相关研究，可应用于传感器和滤波器，也可以为未来设计对称破缺结构提供依据，并在光开关、波长检测、光调制等方面具有潜在的应用。在量子信息处理、生物探测、分析化学等领域具有重要的研究价值。为通信中的实际应用提供仿真和理论基础。