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集成于硅波导平台上的蝶形纳米天线光学特性

DOI：10.1109/jphot.2019.2940984 期刊：IEEE Photonics Journal 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 本文对集成于硅波导平台上的常规及改进型蝶形孔径天线的光学特性进行了详细的三维数值分析，探讨了几何参数在硅波导模式倏逝场激励下对电场增强因子及波导传输的影响。研究表明：波导传输性能主要受硅波导模式与天线激发表面等离激元极化子模式间干涉效应的显著影响，而天线的电场增强因子主要由其纳米间隙内产生的局域表面等离激元共振决定。这两种机制导致电场增强因子最大值对应的波长与硅波导传输最小值对应的波长不匹配，表明在某些多模情况下，通过直接测量硅波导传输来判定集成纳米天线的光学特性可能存在误导性。本文还分析与讨论了既能最小化对谐振波长影响又能提升电场增强效果（获得更大调制深度）的方法，以及优化蝶形孔径天线对应热点形状与位置的技术方案。我们认为该分析将有助于设计用于表面增强拉曼光谱、近场光学显微、高灵敏检测及等离激元光学镊子的片上蝶形光学天线。
作者： Ye-Fei Dong，Yevhenii M. Morozov，Zi-Chun Le，Anatoliy S. Lapchuk，Song-Long Yao
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研究概述 实验方案

研究目的

分析集成于硅波导平台上的常规与改进型蝶形孔径天线的光学特性，重点研究几何参数对电场增强因子和波导传输的影响。

研究成果

研究表明，硅波导的传输特性受到硅波导模式与天线中激发的表面等离激元极化子模式之间干涉的影响，而场增强因子则由天线纳米间隙中的局域表面等离激元共振决定。通过为蝶形孔径天线添加矩形或蝶形腔体进行改进，可在对谐振波长影响最小的情况下显著提升电场增强效果。该分析有助于设计适用于多种应用的片上蝶形光学天线。

研究不足

该研究基于数值模拟，可能需要实际实验验证来确认研究结果。制造特征尺寸小于20纳米的蝴蝶结孔径天线可能面临挑战。

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