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波导与“光栅”之间的故事

已有 9329 次阅读 2011-8-19 14:20 |个人分类:纳米光学|系统分类:论文交流| 故事

 波导与介质光栅结合所形成的波导光栅结构展现出窄带反射特性;波导与金属光栅结合形成的波导耦合金属光子晶体结构,展现出波导共振模式与粒子等离子共振模式间的反交叉耦合效应;波导与周期性Fabry-Pérot微腔阵列相结合构成的纳米结构展现出波导共振模式与Fabry-Pérot共振模式之间的反交叉耦合效应。可以发现,上述情况有一个共同的特点,即波导共振模式与光子结构共振模式间的相互耦合。如果笼统地把光子结构广义地看作一种“光栅”结构,那么可以根据“光栅”所具备的光学特性的不同对上述几种情况进行分类。
 
 对于波导介质光栅结构,介质光栅只具有其最基本的衍射功能。然而,正是光栅的这个最基本的衍射功能,将入射光衍射进入了波导层中,从而激发了波导传播模式。光波在波导中传播的过程中,再次与光栅作用,发生二次衍射从波导中沿透射和反射光束的方向耦合出射。这种二次衍射光波与透射光或者反射光相干相消或者相干相长,导致了透射光谱中的窄带透射谷和反射光谱中的窄带反射峰。
 
 对于波导耦合金属光子晶体结构,结构中的光栅不再是介质光栅,而是金属纳米结构光栅。与介质光栅相比,金属光栅除了具有最基本的衍射功能之外,在TM偏振光激发下,还支持粒子等离子共振。也就是说,金属光栅具有双重功能。因此在波导耦合金属光子晶体结构中,波导模式和粒子等离子共振模式被同时激发而发生相互作用,使得该结构表现出更加丰富的特异光谱学响应特性。
 
 对于波导耦合的Fabry-Pérot微腔阵列结构,“光栅”具有Fabry-Pérot腔的共振响应特性,波导共振模式与Fabry-Pérot共振模式的耦合同样表现出了反交叉特性。
 
 故此,可以得到一个比较普遍的结论,即,如果一个“光栅”可以支持另外一种光学共振模式,那么当这个“光栅”与波导结构相结合时,波导共振与“光栅”所支持的光学共振模式将被同时激发而发生相互作用。这种作用通常表现为一种反交叉耦合作用,也可以解释为Fano效应,其中窄带的波导共振模式可被等效为分立态,而宽带响应的等离子共振或Fabry-Pérot共振等模式可被等效为连续态。当两种响应态交叠时,光子只能处于其中一种状态,从而发生类Fano效应,即两种共振态之间的反交叉耦合行为。
 

波导耦合的法珀微腔阵列结构

感兴趣的朋友可以看看我的论文,呵呵

 Waveguide Fabry-Pérot microcavity arrays.pdf



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2 文双春 刘晓松

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