留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

表面等离子激元净放大的结构设计与理论分析

李文超 赵玲玲 李志全 朱君 童凯 王志斌

李文超, 赵玲玲, 李志全, 朱君, 童凯, 王志斌. 表面等离子激元净放大的结构设计与理论分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2684-2689.
引用本文: 李文超, 赵玲玲, 李志全, 朱君, 童凯, 王志斌. 表面等离子激元净放大的结构设计与理论分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2684-2689.
Li Wenchao, Zhao Lingling, Li Zhiquan, Zhu Jun, Tong Kai, Wang Zhibin. Structural design and theoretical analysis of achieving the net gain of SPASER[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2684-2689.
Citation: Li Wenchao, Zhao Lingling, Li Zhiquan, Zhu Jun, Tong Kai, Wang Zhibin. Structural design and theoretical analysis of achieving the net gain of SPASER[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2684-2689.

表面等离子激元净放大的结构设计与理论分析

基金项目: 

国家自然科学基金(61172044);广西自然科学基金(2015GXNSFBA139257);广西师范大学博士科研启动基金

详细信息
    作者简介:

    李文超(1981-),男,讲师,博士生,主要从事非线性光电方面的研究。Email:chao121328@sohu.com

    通讯作者: 朱君(1985-),男,硕士生导师,博士,主要从事微纳器件设计与制作方面的研究。Email:zhujun1985@gxnu.edu.cn
  • 中图分类号: O23

Structural design and theoretical analysis of achieving the net gain of SPASER

  • 摘要: 连续波发生器的SPASER(Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation)相当于净放大等于零,不能作为放大器使用,文中采用改进的MIM波导结构实现SPASER作为放大器可能性。利用汉密尔顿函数的理论模型得到了放大器激射条件,数值计算表明:采用改进的MIM波导结构实现解决SPASER的内反馈问题和消除SP的净增益问题是可行的;改进结构在不到100 fs的时间里实现了SP激子数的稳定水平;改进SPASER放大器响应时间为100 fs,带宽为1.5~2 THz,SP的放大增益在30~60 dB范围。上述研究成果将为大规模集成光子学芯片设计提供了理论和技术基础。
  • [1] Andrianov E S, Pukhov A A, Dorofeenko A V, et al. Dipole response of spaser on an external optical wave[J]. Optics Letters, 2011, 36(21): 4302-4034.
    [2]
    [3] Lin J, Mueller J P B, Wang Q, et al. Polarization-controlled tunable directional coupling of surface plasmon polaritons[J]. Science, 2013, 340(6130): 331-340.
    [4]
    [5]
    [6] Fedyanin D Y. Toward an electrically pumped spaser[J]. Optics Letters, 2012, 37(3): 404-406.
    [7] Lu Y J, Kim J. Chen H Y, et al. Plasmon nanolaser using epitaxially grown silver film[J]. Science, 2012, 337(6093): 450-453.
    [8]
    [9]
    [10] Bergman D J, Stockman M I. Surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation quantum generation of coherent surface plasmons in nanosysterms[J]. Physical Review Letters, 2003, 90(2): 027402.
    [11]
    [12] Stockman M I. The spaser as a nanoscale quantum generator and ultrafast amplifier[J]. Journal of Optics, 2010, 12(2): 024004.
    [13]
    [14] Faryad M, Lakhtaki A. Granting-coupled excitation of multiple surface plasmon-polarton waves[J]. Physical Review A, 2011, 84(3): 033852.
    [15] Noginov M A, Zhu G, Belgrave A M, et al. Demonstration of a spaser-based nanolaser[J]. Nature, 2009, 460(7259): 1110-1112.
    [16]
    [17]
    [18] Brongersma M L, Shalaev V M. Applied physics the case for plasmonics[J]. Science, 2010, 328(10): 440-441.
    [19] Di Martino G, Sonnefraud Y, Kena-Cohen S, et al. Quantum statistics of surface plasmon polaritons in metallic stripe waveguides[J]. Nano Letters, 2012, 12(5): 2504-2058.
    [20]
    [21]
    [22] Wang B, Zhang X, Garcia-Vidal F J, et al. Strong coupling of surface plasmon polaritons in monolayer graphene sheet arrays[J]. Physical Review Letters, 2012, 109(7): 073901.
    [23] Stockman M I. Spaser action, loss compensation and stability in plasmonic systems with gain[J]. Physical Review Letters, 2011, 106(15): 156802.
    [24]
    [25]
    [26] Ge Yuanjing, Zhang Guangqiu, Chen Qiang. Plasma Science Technology and Its Application in Industry[M]. Beijing: China Light Industry Press, 2007
    [27] Georges A T, Karatzas N E. Optimizing the excitation of surface plasmon polaritons by difference-frequency generation on a gold surface[J]. Physical Review B, 2012, 85(15): 155442.
    [28]
    [29]
    [30] Martn-Becerra D, Temnov V V, Thomay T, et al. Spectral dependence of the magnetic modulation of surface plasmon polaritons in noble/ferromagnetic/noble metal films[J]. Physical Review B, 2012, 86(3): 035118.
    [31]
    [32] Lee S Y, Lee I M, Park J, et al. Role of magnetic induction currents in nanoslit excitation of surface plasmon polaritons[J]. Physical Review Letters, 2012, 108(21): 213907.
    [33] Hong Xiaogang, Xu Wendong, Zhao Chengqiang. Optimal design of surface plasmon resonance films structure[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(7): 2164-2169.
    [34]
    [35]
    [36] Zheludev N I, Prosvirnin S L, Papasimakis N, et al. Lasing spaser[J]. Nature Photonics, 2008, 2(6): 351-354.
    [37] Shubina T V, Gippius N A, Shalygin V A, et al. Terahertz radiation due to random grating coupled surface plasmon polaritons[J]. Physical Review B, 2011, 83(16): 165312.
    [38]
    [39]
    [40] Yin Y, Wu M W. Kinetic theory of surface plasmon polariton in semiconductor nanowires[J]. Physical Review B, 2013, 87(16): 165412.
    [41] Polanco J, Fitzgerald R M, Maradudin A A. Scattering of surface plasmon polaritons by one-dimensional surface defects[J]. Physical Review B, 2013, 87(15): 155417.
    [42]
    [43]
    [44] Lopez-Rios T. Enhanced Raman scattering mediated by long wave vector surface plasmon polaritons[J]. Physical Review B, 2012, 85(12): 125438.
    [45]
    [46] Siahpoush V, Stondergaard T, Jung J. Green's function approach to investigate the excitation of surface plasmon polaritons in a nanometer-thin metal film[J]. Physical Review B, 2012, 85(7): 075305.
    [47] Stondergaard T, Siahpoush V, Jung J. Coupling light into and out from the surface plasmon polaritons of a nanometer-thin metal film with a metal nanostrip[J]. Physical Review B, 2012, 86(8): 085455.
    [48]
    [49] Warmbier R, Manyali G S, Quandt A. Surface plasmon polaritons in lossy uniaxial anisotropic materials[J]. Physical Review B, 2012, 85(8): 085442.
    [50]
    [51]
    [52] Koponen M A, Hohenester U, Hakala T K, et al. Absence of mutual polariton scattering for strongly coupled surface plasmon polaritons and dye molecules with a large Stokes shift[J]. Physical Review B, 2013, 88(8): 085425.
    [53]
    [54] Ignatyeva D O, Kalish A N, Levkina G Y, et al. Surface plasmon polaritons at gyrotropic interfaces[J]. Physical Review A, 2012, 85(4): 043804.
    [55] Baumeier B, Huerkamp F, Leskova T A, et al. Scattering of surface-plasmon polaritons by a localized dielectric surface defect studied using an effective boundary condition[J]. Physical Review A, 2011, 84(1): 013810.
  • [1] 陈郁芝, 李学金.  基于单模光纤传输的单模-无心-单模光纤型表面等离子体共振传感器(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201055-1-20201055-5. doi: 10.3788/IRLA20201055
    [2] 岳嵩, 王然, 侯茂菁, 黄刚, 张紫辰.  利用高阶表面等离子体共振实现窄带完美吸收 . 红外与激光工程, 2020, 49(5): 20190489-20190489-7. doi: 10.3788/IRLA20190489
    [3] 徐思宇, 张兆健, 何新, 韩云鑫, 张晶晶, 黄杰, 陈丁博, 杨俊波.  基于金属-绝缘体-金属波导耦合纳米腔的等离子体三波分复用结构 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 221001-0221001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0221001
    [4] 徐玉兰, 林中晞, 陈景源, 林琦, 王凌华, 苏辉.  InGaAsP多量子阱双稳态激光器的实验及理论研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1105004-1105004(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1105004
    [5] 杜鸣笛, 贾雅琼, 何淑珍.  亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 825003-0825003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0825003
    [6] 王明利, 朱艳英, 魏勇, 张乐.  米状银纳米颗粒对局域电场增强的理论模拟 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 216001-0216001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0216001
    [7] 李修, 徐艳芳, 辛智青, 李亚玲, 李路海.  表面等离子体共振增强ZnO/Ag薄膜发光特性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 621005-0621005(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0621005
    [8] 马丽洁, 赵俊锋.  表面等离子波导改进LED发光效率的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720003-0720003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0720003
    [9] 郑洪全, 宁海春.  脊背型介质加载表面等离子体波导传输特性研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1020005-1020005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1020005
    [10] 郑妍, 孙玉锋, 邢砾云, 代广斌, 常天英, 夏良平, 王敏, 郎金鹏, 崔洪亮.  基于表面等离子体共振原理的小型化实时在线海上溢油监测系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3446-3453.
    [11] 李志全, 牛力勇, 严蕾, 朱君, 王志斌, 郑文颖.  介质加载型混合表面等离子体波导的损耗特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 677-681.
    [12] 朱凝, 李浩, 张辉.  超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦合研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1554-1557.
    [13] 赵丽美, 关建飞.  硅基结构混合等离子激元波导模式特性的数值研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1329-1334.
    [14] 朱君, 李志全, 秦柳丽.  MIM 结构中腔的物理性质对SPP传播的分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 852-856.
    [15] 郭士亮, 牛力勇, 胡春海, 朱君, 孟靓, 李志全.  半导体增益介质对MSM 等离子体波导的传输损耗补偿研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2289-2294.
    [16] 刘大畅, 付跃刚, 张运方, 李慧, 段靖远.  用于表面等离子体共振的加窗傅里叶变换法信号处理方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2752-2756.
    [17] 陈佳音, 刘国军, 王江安.  长程表面等离子激元的噪声特性及仿真研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3898-3902.
    [18] 王玥, 何雨霖, 张丽颖, 王暄, 童一静, 吴群.  碳纳米管束/介质界面表面波激发与传输特性 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3843-3848.
    [19] 李晨龙, 冯丽爽, 周震, 隋佳伟, 殷博昊.  基于亚波长金属孔阵列的光控太赫兹强度调制器 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4013-4016.
    [20] 朱君, 李志全.  SPPs激射中Airy表面等离子的特性分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3298-3302.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  366
  • HTML全文浏览量:  48
  • PDF下载量:  158
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-17
  • 修回日期:  2015-02-23
  • 刊出日期:  2015-09-25

表面等离子激元净放大的结构设计与理论分析

    作者简介:

    李文超(1981-),男,讲师,博士生,主要从事非线性光电方面的研究。Email:chao121328@sohu.com

    通讯作者: 朱君(1985-),男,硕士生导师,博士,主要从事微纳器件设计与制作方面的研究。Email:zhujun1985@gxnu.edu.cn
基金项目:

国家自然科学基金(61172044);广西自然科学基金(2015GXNSFBA139257);广西师范大学博士科研启动基金

  • 中图分类号: O23

摘要: 连续波发生器的SPASER(Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation)相当于净放大等于零,不能作为放大器使用,文中采用改进的MIM波导结构实现SPASER作为放大器可能性。利用汉密尔顿函数的理论模型得到了放大器激射条件,数值计算表明:采用改进的MIM波导结构实现解决SPASER的内反馈问题和消除SP的净增益问题是可行的;改进结构在不到100 fs的时间里实现了SP激子数的稳定水平;改进SPASER放大器响应时间为100 fs,带宽为1.5~2 THz,SP的放大增益在30~60 dB范围。上述研究成果将为大规模集成光子学芯片设计提供了理论和技术基础。

English Abstract

参考文献 (55)

目录

    /

    返回文章
    返回