Efficient unidirectional launching of surface plasmons by a casc...

### 高效单向发射表面等离子体激元的级联不对称沟槽结构 #### 研究背景与意义 本研究论文聚焦于一种新型的级联不对称沟槽结构，该结构能够高效地单向发射表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）。表面等离子体激元是一种沿金属/介电质界面传播的束缚电磁波，具有超越衍射极限的能力，在下一代超紧凑集成光子电路中展现出巨大的应用潜力。高效的SPP发射是利用这些特性实现各种SPP应用的基础步骤之一。因此，开发一种能够高效且单向发射SPP的发射器至关重要。 #### 纳米尺度技术的应用与挑战 随着纳米技术的发展，许多基于SPP的超紧凑光子器件被提出并得到验证。然而，有效激发SPP面临着诸多挑战，其中最关键的是提高SPP发射器的效率。单向SPP发射器尤其受到重视，它不仅能在所需方向上提供高效率的SPP激发，还能消除来自相反方向的不希望存在的信号。 #### 级联不对称沟槽结构的设计与原理 为了提高SPP发射器的性能，本文提出了一种级联不对称沟槽结构的设计思路。这种设计通过级联多个亚波长尺寸的单向SPP发射单元来实现高效的单向发射。实验结果表明，该结构能够在实验中实现至少46%的单向SPP发射效率以及高达40的消光比。此外，该装置非常紧凑，其横向尺寸仅为1.1微米，具有宽带响应和易于制造的特点。 #### 性能评估标准 对于单向SPP发射器的性能评估，有几个关键指标： 1. **设备尺寸**：较小的尺寸意味着更高的集成密度。 2. **消光比（Extinction Ratio, ER）**：定义为SPP在期望方向与相反方向发射强度之比，是评价单向性的重要参数。 3. **绝对发射效率（Absolute Launching Efficiency, η）**：即SPP发射器将自由光子转化为SPP的比例。 #### 实验结果与分析 在本研究中，级联不对称沟槽结构展现出了优异的性能。实验结果显示，单向SPP发射效率达到了至少46%，消光比达到了40。这意味着在期望的方向上发射的SPP强度远高于相反方向的强度，从而大大提高了发射的定向性和效率。此外，由于结构紧凑，该发射器非常适合集成到其他光子器件中。 #### 结论与展望 级联不对称沟槽结构作为一种新型的单向SPP发射器，在提高发射效率、单向性和集成度方面表现出了显著的优势。这种高性能的波长尺度单向SPP发射器为实用化的SPP源的发展提供了重要的技术支持。未来的研究可以进一步优化结构设计，探索更广泛的材料组合，以满足不同应用场景的需求，并推动SPP技术的实际应用和发展。