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研究生:劉浩雲
研究生(外文):Liu, Hao Yun
論文名稱:非線性電漿子雙傳輸線之模態討論及其傅立葉分析
論文名稱(外文):Modes and the Fourier Analysis in a Nonlinear Plasmonic Two-Wire Transmission Line
指導教授:黃承彬
指導教授(外文):Huang, Chen Bin
口試委員:林凡異陳明彰
口試委員(外文):Lin, Fan YiChen, Ming Chang
口試日期:2017-01-20
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:26
中文關鍵詞:非線性電漿子雙傳輸線傅立葉分析
外文關鍵詞:NonlinearPlsmonicTwo-Wire Transmission-LineFourier Analysis
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本論文在實驗及模擬上探討基頻入射訊號在波導裡面所傳遞的模態種類、不同入射偏振態對於產生二倍頻效應的影響,並藉由觀察樣本表面的電場傅立葉影像強度來分析不同入射偏振態所激發的二倍頻差異,最後利用有限差分時域法來模擬雙傳輸線中藉由奈米電漿子產生的二倍頻訊號。
本論文中的樣品皆是透過聚焦離子束將結構刻在金上,並透過兩套共焦成像系統來分別分析基頻訊號及非線性訊號。本系統所使用的基頻雷射半高寬為56飛秒且中心頻率為1560奈米,透過一百倍物鏡聚焦並耦合進目標雙傳輸線。觀察在第一套共焦系統中其反射光的激發亮點位置及能量強度,並於第二套共焦系統中觀測穿透的非線性訊號。
實驗結果中,入射基頻的偏振方向不論平行或是垂直於雙傳輸線,其所激發的二倍頻模態方向依然會與平行於雙傳輸線所激發的基頻 模態方向相同,透過分析二倍頻訊號的電場空間傅立葉轉換強度並與模擬比對,我們可以得出激發的二倍頻皆為同一模態。
We observed two kinds of the fundamental surface plasmon polariton modes in the Two-Wire Transmission-Line (TWTL) and the excited second harmonic generation (SHG) signal both numerically and experimentally. Analyzing the intensity distribution of the spatial Fourier transform of the electric field on TWTL, we tell the difference between the SHG signal excited by two fundamental modes. We use Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method in simulation.
TWTL is fabricated by focused ion beam on a gold layer deposited on a glass substrate. We use dual-confocal setup to analyze near-infrared (NIR) regime and visible regime (also SHG regime) separately. The laser pulse duration we used as source is 56-fs and the center wavelength is located at 1560-nm. Focused by a 100x objective lens, the laser coupled into the TWTL and reflect back to the NIR confocal system while the transmission wave goes into the visible confocal system.
As the results, no matter which polarization we used as source, perpendicular (TE) or parallel (TM) to the TWTL, the excited the SHG signal will always be parallel to the transmission line. Comparing the intensity distribution of the spatial Fourier transform of the electric field on TWTL with the simulation. We ensure that the excited mode by TE or TM modes is exactly TM.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 V
圖目錄 VI
第一章 表面電漿子與雙傳輸線的非線性現象 1
1.1 金屬中的電偶極矩 1
1.2 表面電漿子 2
1.3 電漿子雙傳輸線模型及其模擬 4
1.4 非線性電漿子雙傳輸線模型及其模擬 6
1.5 非線性電漿子雙傳輸線之電場空間傅立葉轉換模擬 9
第二章 雙傳輸線實驗測量與架設 12
2.1 雙共焦成像顯微鏡 12
2.2 近紅外光共焦成像顯微鏡準置步驟 14
2.3 可見光共焦成像顯微鏡成像系統準置步驟 15
2.4 近紅外光系統實驗量測結果 19
2.5 可見光系統實驗量測結果 20
第三章 未來與展望 25
參考文獻 26
1. R. W. Boyd, "”Chapter 1 – The nonlinear optical susceptibility, in nonlinear optics,” Third Edition, R. W. Boyd, Editor, Academic Press, Burlington, 1-67 (2008).
2. Fei Qin, Ye Liu, Zi-Ming Meng, and Zhi-Yuan Li, "Design of Kerr effect sensitive microcavity in nonlinear photonic crystal slabs for all-optical switching," Journal of Applied Physics, 108(5), 053108 (2010).
3. Yun-Ting Hung, Chen-Bin Huang, and Jer-Shing Huang, “Plasmonic mode converter for controlling optical impedance and nanoscale light-matter interaction,” Optics Express, 20(18), 20342-20355 (2012).
4. P. Geisler, G. Razinskas, E. Krauss, X.-F. Wu, C. Rewitz, P. Tuchscherer, S. Goetz, C.-B. Huang, T. Brixner, and B. Hecht, “Multimode plasmon excitation and in situ analysis in top-down fabricated nanocircuits,” Phys. Rev. Lett. 111, 183901 (2013).
5. Wen-Hua Dai, Fan-Cheng Lin, Chen-Bin Huang, and Jer-Shing Huang, “Mode conversion in high-definition plasmonic optical nanocircuits,” Nano Letters, 14(7), 3881-3886 (2014).
6. Anouk de Hoogh, Aron Opheij, Matthias Wulf, Nir Rotenberg, and L. Kuipers“Harmonics Generation by Surface Plasmon Polaritons on Single NanowiresACS Photonics,” 3, 1446−1452 (2016)
7. Sebastian Goetz, Gary Razinskas, Enno Krauss, Christian Dreher, Matthias Wurdack, Peter Geisler, Monika Pawłowska, Bert Hecht, Tobias Brixner.” Investigation of the nonlinear refractive index of single‑crystalline thin gold films and plasmonic nanostructures,” Phys. B 122: 94 (2016)
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