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Ansys | 什么是表面等離子體光子學及其應用
業界正在做出巨大努力,旨在利用表面等離子體的獨特屬性,將電子器件的尺寸效率與光子學的數據效率相結合。
表面等離子體光子學的挑戰
表面等離子體的傳播僅在其移動幾毫米之后就會受到歐姆損耗的抑制,因此業界正在研發由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構建的等離子體學納米結構,以應對該挑戰。
熱是另一項挑戰——它會影響等離子體信號的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學屬性組合的金屬納米結構和幾何結構可能可以解決這些挑戰。這是因為銅、銀、鋁、金等其他材料中的金屬納米結構允許表面等離子體激元(SPP)傳播。
SPP是在金屬-電介質界面傳播的共振電子振蕩。其會產生強烈的光-物質相互作用,從而增強光電應用中的弱光學效應。
表面等離子體光波導
SPP可以被視為特殊類型的光波。因此,金屬互連可支持這些波在金屬-電介質界面傳播,并用作光波導或表面等離子體光波導。
SPP可用復波矢量表示。該矢量的虛部與SPP傳播長度成反比,而實部與約束成正比。
表面等離子體與電路設計的實際集成,取決于傳播長度和約束之間的反比關系的平衡。理想情況下,表面等離子體光波導可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度,以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消,從而產生混合表面等離子體光波導。
表面等離子體光波導呈亞波長模態,小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的,這一想法讓業界振奮不已,從而為能夠在光學頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
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