表面等離子體光子學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-04-02
表面等離子體光子學(xué)的實例教程
在過去的幾十年中，電子和光子學(xué)取得了長足的進(jìn)步，顯著改進(jìn)了數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對光信號進(jìn)行納米級（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢，可創(chuàng)造出超高速的計算機芯片和光通信器件，并為超靈敏傳感器和顯微鏡提供動力。
什么是表面等離子體？
當(dāng)加州理工學(xué)院的Atwater教授于2007年首次提出表面等離子體光子學(xué)概念時，他預(yù)測該技術(shù)將催生一系列應(yīng)用，包括從超靈敏的生物傳感到隱身斗篷。
無論何種應(yīng)用，表面等離子體光子學(xué)都依賴于在金屬-電介質(zhì)界面操作電磁場和自由電子之間的相互作用——電介質(zhì)是一種可在電場的作用下極化的絕緣體（如玻璃或空氣）。控制金屬電氣和光學(xué)屬性的自由電子會在電磁場（即光）中振蕩，并產(chǎn)生一種被稱為表面等離子體的現(xiàn)象。
什么是表面等離子體共振？
在納米級，自由電子被限制在微小的空間區(qū)域里，從而限制了其振動的頻率范圍。當(dāng)與光相互作用時，自由電子會吸收與其振動頻率相匹配的光（同時反射其余部分的光），這意味著它們處于共振狀態(tài)，因此成為“表面等離子體共振”（SPR）。SPR可應(yīng)用于納米棒、納米線、納米光子和其他形式的納米技術(shù)。
表面等離子體光子學(xué)的技術(shù)驅(qū)動因素
自首批基于芯片的半導(dǎo)體問世以來，我們這個數(shù)據(jù)驅(qū)動型社會已取得長足發(fā)展，并生產(chǎn)出了越來越小、越來越快的處理器。然而，器件尺寸不斷縮小給其自身帶來了挑戰(zhàn)，同時也使其受到熱問題和處理速度的限制。
光學(xué)互連，憑借其大帶寬（數(shù)據(jù)傳輸容量），提供了一種前景光明的解決方案。
展開 而表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)，在微觀尺度（百萬分之一米）的光子學(xué)領(lǐng)域和納米尺度（十億分之一米）的電子領(lǐng)域之間架起了橋梁。
隨著研究人員能夠使用石墨烯等新型超材料，表面等離子體光子學(xué)的未來前景一片光明。一旦企業(yè)能夠生產(chǎn)出穩(wěn)健、可靠且價格合理的等離子體器件，表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)將成為為新一代10GHz+集成電路板提供必要協(xié)同作用的關(guān)鍵。
到2031年，表面等離子體光子學(xué)材料市場的價值將從2023年的近110億美元增長到近400億美元，年增長率約為15.5%。
等離子體光子晶體是等離子體和介質(zhì)或真空構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。通過Lumerical FDTD軟件可以實現(xiàn)分析等立體光子晶體的各項參數(shù)對帶隙的影響。
目標(biāo)結(jié)構(gòu)：PPC方形柱體結(jié)構(gòu)
建模步驟：
1. 點擊Material控件，導(dǎo)入等離子體材料
2. 設(shè)置Plasma材料屬性；
3. 點擊Structure控件，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)散射體；
4. 設(shè)置光源，點擊Source控件選擇Plane wave光源。
5. 注意TM波和TE區(qū)別在于polarization angle一個為90，另一個為0；
6. 創(chuàng)建FDTD計算區(qū)域；
7. 對于二維光子晶體，在建模時散射體可以為三維，而計算區(qū)域設(shè)定為二維，三維或二維的設(shè)定取決于FDTD的維度屬性設(shè)置。
8. 插入監(jiān)控板，點擊Monitor下拉選擇下圖所示監(jiān)控板類型，設(shè)置監(jiān)控板屬性；
9. 創(chuàng)建剖分網(wǎng)格；
10. 點擊Check控件下拉選擇材料擬合；
11. 針對Plasma材料進(jìn)行對應(yīng)頻域的折射率實部和虛部的擬合；
后處理：
12. 最終透射率結(jié)果展現(xiàn)在監(jiān)控板中，點擊查看T結(jié)果，可以在對話框中導(dǎo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)；
13. 選擇Expert to…輸出透射譜線，建議txt文件格式輸出數(shù)據(jù)。
最后，如果有FDTD仿真相關(guān)需求，歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1. 應(yīng)用
?
亞波長光學(xué)
?
傳感
?
信號傳輸
?
光學(xué)偏振器
?
彎曲波導(dǎo)
2. 優(yōu)勢
?
VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?
搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?
高階插值混合向量/節(jié)點元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場強度
?
三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?
利用波導(dǎo)的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
展開 這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1.應(yīng)用
?亞波長光學(xué)
?傳感
?信號傳輸
?光學(xué)偏振器
?彎曲波導(dǎo)
2.優(yōu)勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?高階插值混合向量/節(jié)點元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場強度
?三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?利用波導(dǎo)的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
圖1 模態(tài)指數(shù)作為銀厚度的函數(shù)
對于厚度值較小的一些模式表現(xiàn)出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關(guān)于x和y軸對稱。SS0模式備受關(guān)注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠(yuǎn)大于中心。
展開 
表面等離子體光子學(xué)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
表面等離子體光子學(xué)的最新內(nèi)容
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對光信號進(jìn)行納米級（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢，可創(chuàng)造出超高速的計算機芯片和光通信器件，并為超靈敏傳感器和顯微鏡提供動力。
什么是表面等離子體？
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對光信號進(jìn)行納米級（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢，可創(chuàng)造出超高速的計算機芯片和光通信器件，并為超靈敏傳感器和顯微鏡提供動力。
什么是表面等離子體？
貴金屬材料的較大負(fù)值介電常數(shù)可用于亞波長波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。尤其是負(fù)介電常數(shù)使導(dǎo)模在金屬和正值電介質(zhì)材料之間存在一個單獨的截面。這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
概述
貴金屬材料的較大負(fù)值介電常數(shù)可用于亞波長波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。尤其是負(fù)介電常數(shù)使導(dǎo)模在金屬和正值電介質(zhì)材料之間存在一個單獨的截面。這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1.應(yīng)用
?亞波長光學(xué)
?
《Interaction between plasma jet and silicone rubber covered by porous inorganic contaminants: Surface hydrophobicity
配位驅(qū)動高分子自組裝是基于配體取代和交換反應(yīng)的動態(tài)過程而實現(xiàn)的，被廣泛應(yīng)用于跨尺度、可控精確、多級自組裝體的設(shè)計與構(gòu)建。在這些復(fù)雜配位結(jié)構(gòu)模板中，復(fù)雜多齒配體與不同金屬離子的巧妙設(shè)計成為多樣化組裝體結(jié)構(gòu)（如三維的納米籠結(jié)構(gòu)）的源泉。盡管基于溶液中大分子配體交換的動態(tài)反應(yīng)被廣泛應(yīng)用
等離子體光子晶體是等離子體和介質(zhì)或真空構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。通過Lumerical FDTD軟件可以實現(xiàn)分析等立體光子晶體的各項參數(shù)對帶隙的影響。
目標(biāo)結(jié)構(gòu)：PPC方形柱體結(jié)構(gòu)
建模步驟：
1. 點擊Material控件，導(dǎo)入等離子體材料
2. 設(shè)置Plasma材料屬性；
3. 點擊Structure控件，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)散射體；
基于表面等離子體的光子學(xué)是目前國際前沿研究領(lǐng)域,憑借其優(yōu)勢吸引眾多學(xué)者參與研究。</p><p><br></p><p>本模型采用Si和SiO2做基底，表面敷設(shè)石墨烯。</p><p><br></p><p>沒有增加石墨烯的情況，13THz的波無法在模型內(nèi)傳播。
