椭圆金属-介质纳米线混合光波导的基模调控特性研究

本文研究了一种创新的混合表面等离子体光波导设计，该波导由三根相互并排的结构组成，其中央是一根高折射率的介质纳米线，两侧则是对称配置的金属纳米线。这种独特的设计利用了金属与介质交互作用产生的表面等离子体激元（SPPs），即表面等离子体光子，能够在纳米尺度上实现光的高效传输和操控。 研究的核心是探索这种混合结构的基模控制特性，特别是其电磁场分布。实验结果显示，基模的增强效应显著集中在金属纳米线形成的两个间隙区域，这表明结构的几何参数如纳米线的尺寸、两根金属线之间的间距以及介质的电磁性质对光波导的性能有着关键的影响。通过精细调整这些参数，可以调控光波导的物理特性，如有效折射率、模式传输距离、模式面积（即光的能量集中度）和模式束缚因子（描述光场在空间中的约束程度）。 这些可调控的模式特性使得这种混合型表面等离子体光波导具有巨大的应用潜力。例如，在高密度光子器件集成中，它能提供更小的尺寸和更高的效率；在纳米光子学领域，它可用于构建纳米尺度的光开关、滤波器和光探测器；而在生物传感器中，利用其高度敏感的特性，可以实现对生物分子的快速检测和分析。 论文的研究成果对于突破传统光学器件的尺寸限制，推动光电子技术和纳米科技的进步具有重要意义。它进一步证实了表面等离子体光波导作为一种新型光传播媒介，其在未来的微纳光电子学和生物传感等领域具有广阔的应用前景。