表面等离激元-光子混合波导中共振能量转移增强

由于表面等离激元-光子混合波导具有较强的局域场增强效应和较长的传输距离,故在微纳光子学中具有广泛的应用.基于有限元方法,系统研究不同尺寸的金属表面等离激元波导-低折射率空隙-矩形介质波导构成的混合波导中两个二能级原子间的共振能量转移(RET)增强特性.利用二维(2D)有限元方法求解波导模式,以获得波导中近似光子并矢格林函数,并将其与严格三维(3D)有限元解进行比较.结果表明,在单模情况下,由波导模式构建的光子并矢格林函数与严格解符合得较好,而其计算量远小于3D有限元方法.借助该2D快速求解方法,在1550 nm波长下,系统研究该波导单模传输所需要的尺寸和不同波导尺寸对RET增强特性的影响.结果表明:介质波导的宽度越窄,单模所允许的高度越高;当波导的宽度增大时,对于较高的介质波导,其传播距离在增大,RET增强因子在减小,而对于较矮的介质波导,其传播距离先增大后减小,RET增强因子急剧减小;随着高度的增加,传播距离先急剧减小后缓慢增大,而RET增强因子先急剧增大后缓慢变化;低折射率空隙越小,传播距离越短,RET增强因子越大.