金属-绝缘体-金属波导等离子体单向传播研究

"本文主要探讨了基于亚波长波导的可见光等离子体单向传播的理论分析，设计了一种金属-绝缘体-金属(MIM)波导结构的准等离子体环行器，利用双窄缝波导连接到方腔角落的四个总线波导作为输入/输出端口，通过增强的发射和干扰效应实现表面等离激元极化子的单向传播。通过时域有限差分法(FDTD)进行了数值模拟，展示了在特定波长下的高透射率和高隔离度特性，并证实了波长与波导长度及绝缘体折射率之间的线性关系。" 本文的核心在于对等离子体单向传播现象的理论研究，特别是在可见光频率下的应用。首先，提出的基于MIM波导的准等离子体环行器是一种创新的设计，其关键在于双窄缝波导的使用，这些波导与方腔角落的四个总线波导相结合，形成输入和输出接口。这种结构旨在利用表面等离激元极化子(SPPs)，这是一种在金属和绝缘体界面处形成的电磁模式，它们能够在亚波长尺度上传输光。 通过增强的发射和干扰效应，SPPs的传播被控制为单向，即在特定条件下只沿一个方向传播，而不会反向。这种单向传播特性对于光学通信、光电子器件以及光子集成电路等领域的应用具有重要意义，因为它可以提供高隔离度，防止信号回传造成的干扰。 文章采用时域有限差分法进行数值模拟，该方法是计算电磁学中的常用工具，能够精确模拟复杂结构的光传播特性。结果显示，在481.2纳米波长处，匹配的输出端口的透射率超过71%，而其他输出端口的透射率低于6%，这表明设计的环行器具有高透射率和高隔离度。这种高透射率和高隔离度的特性使得该结构在实际应用中能够有效地控制和定向光信号。 此外，作者还研究了波长与波导长度以及绝缘体折射率之间的关系，发现它们之间存在线性关系。这种关系对于优化器件性能、调整工作波长以及适应不同材料系统至关重要，因为它们直接影响SPPs的激发和传播。 这篇论文深入研究了基于亚波长波导的等离子体单向传播现象，提出并分析了一种新型的等离子体环行器设计。这一设计有望推动光学器件的小型化和集成化，对于未来光通信和光电子技术的发展具有深远的影响。