Model-1-边界模式分析

边界模式分析——一维问题一维平板波导结构（1）介质-金属结构：表面等离激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）是光场和金属表面自由电子相互作用形成的一种光波模式，该模式的场强离开金属表面指数衰减。−=−−=)exp()exp()exp()exp(2211tixizkBHtixizkAHzyzyωβωβ−−=−=222222121/)(/ckckzzωωεβωεβ其中金属和介质里的磁场分布为：IsppRsppsppikkck+=+==2/111])()([ωεεωεεωβ由Maxwell方程和边界条件可得SPPs的波矢:SPPs色散曲线0kkspp动量不匹配Nature424,824(2003)2/111eff])()([ωεεωεε+=n有效折射率：传输特性Propagationlength:IeffIeff0ISPP42121nnkkLπλ===Modespotsize：)())(())((1111121/1ωωεωεεωεωεεRRRIzIzecckkW−+−++−≈+=在介质中的光斑尺度为~100nm，在金属中光斑尺度为~10nm，传播长度L为~100um。（2）空气-介质-金属结构))(())(()22exp(12212332122123322εεεεεεεεπzzzzzzzzzikkikkikkikkMitki+−+−+=+{}−=−−−+−=−−−=)](exp[)exp()0,,0(),,()](exp[)](exp[)(exp[)0,,0(),,()](exp[)](exp[)0,,0(),,(1333222221111txkizkHtzxHtxkidzikadzikHtzxHtxkidzkHtzxHxzyxzzyxzyωωω由Maxwell方程和边界条件可得SPPs的波矢:金属和介质里的磁场分布为：传播长度随膜后的变化关系，波导模式出现的条件？？改变介质折射率（3）介质-金属-介质结构观察对称模式和反对称模式；改变上下介质层的折射率IeffIeff0ISPP42121nnkkLπλ===（4）金属-介质-金属结构观察对称模式和反对称模式及模式的截止厚度，改变介质折射率Ag:-50.7-0.57iAir:1.0入射波长：1000e-9tAir=50nmNeff=1.38-0.002i（5）介质-介质-金属-介质结构222212341.444(0.5511.5),1.6,1.0,20itnmεεεε==+===，Chenetal.Chin.Phys.B18,3535(2009)nm1550=λ+−−−−=+≤≤−−−+−=−−+−=≤−==dtztixidtzkAtzxHdtzttixitzikatzikAtzxHtztixitzkbzkAtzxHztixizkAtzxHHmmzymmmzmzymmzzyzyy);exp()](exp[),,();exp()](exp[)]({exp[),,(0);exp()](exp[){exp(),,(0);exp()exp(),,(44433332222111ωβωβωβωβ433443342232322232323)]exp([)]exp([)]exp([)]exp([)]22(exp[zzzzmzzmzzmzzmzzzkkikkitkbkitkbktkbkitkbkmkiεεεεεεεεπ+−−−−−+−−+−+=−2221/22221/233(/)(/);1,2,4ziizkcandkciβεωβεω=−=−+=其中传播常数β的本征方程：每层介质层里的磁场分布为：FortranLRSPP色散曲线和场分布有效折射率随介质膜厚的变化传播长度随介质膜厚的变化LRSPP在不同介质膜厚下的场分布和完全对称结构情况下的对比作业介质-介质-金属-介质结构20nm200nm入射波长：1550e-9,介电常数：Au:-131.95+12.65i，Air:1.0.Polymer:4.0，Silica：1.444*1.444作业2Ag-Air-Ag结构中，中间介质层为50nm和200nm时，SPPs基模的传输特性的比较，包括光斑大小，有效折射率，传播长度。光的真空波长为1000nm，银的介电常数为-50.7+0.57i。介质为空气作业2中间Au膜厚为20nm，SPPs基模在不同波长下的传输特性的比较，包括光斑大小，有效折射率，传播长度。光的真空波长为1000，1550nm，Au的介电常数为-50.7+0.57i。介质层为聚合物，折射率为1.5