基于表面等离激元的液晶可调谐滤波器研究

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二十一世纪以来,表面等离子体学这门年轻的学科成为等离激元纳米结构材料领域的研究热点。表面等离子体(SPs)指的是一种在金属和电介质界面上传播的电磁波,基于表面等离子体的纳米光子学器件能够突破衍射极限,把电磁场束缚短于入射光的亚波长范围。并且等离激元纳米结构材料的优点有体积小、适于集成、可以突破光学衍射极限等等,在太阳能、滤波器、传感器以及光耦合器等方面都有广泛的应用空间。目前大多数等离子体结构的一个主要缺点是若其结构参数一旦确定,只能在特定的频率或很有限的频率范围内工作,很难实现动态调谐,这极大地限制了它们的应用。本文提出了一种液晶调控基于等离激元诱导透明与腔模耦合的可调谐滤波器,主要研究内容如下:1、提出了一种由金纳米棒二聚体PIT阵列替代FP腔顶层金膜组成的(nanorod-ITO Glass-Au film,NIGAF)结构。该结构在近红外波段可以实现由金纳米棒阵列的等离激元诱导透明效应与FP腔的腔模式之间强等离子体耦合产生的双吸收峰,分析了NIGAF结构的反射光谱与模拟电场、磁场分布图。2、研究了液晶的电光效应,建立了可调谐滤波器模型,该滤波器能够以小于5%的反射系数过滤两个峰值。利用液晶折射率易控的特点,通过外加电压控制液晶的有效折射率,进而实现滤波器的动态可调谐。随着电压的增大,液晶的有效折射率增大,两模式有明显红移,电压为0~8V时,可调谐范围为160nm,得到了电压与调谐波长范围的多项式拟合曲线。3、从不同方面探究影响该滤波器可调谐特性的因素,分别对该液晶可调谐滤波器纳米结构的不同参数进行仿真计算,包括FP腔腔长,PIT阵列的介质层厚度,不同的入射光角度与仿真周期。最后由于液晶可能改变入射光的偏振方向,提出了一种基于对称NIGAF结构的滤波器,减轻了偏振对仿真结果的影响。
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