共振光隧穿效应作为一种独特的光学现象,其新颖的结构和出的性能为光学器件的设计提供了新的思路和方法,极大地促进了微纳光学的发展。本论文对经典光学谐振腔及共振光隧穿效应的研究现状进行了概述,从经典光学和量子力学的角度对共振光隧穿效应展开模型分析,并对其传感应用中敏感性能调控机理进行了深入研究,设计了双共振光隧穿谐振腔结构,并应用于耦合谐振腔诱导透明效应的实现。 首先,采用时域有限差分法计算了共振光隧穿结构的传输特性曲线和电场分布图,验证了其光场强局域性。基于平面波展开法求解了共振光隧穿模型的能带结构,揭示了其谐振峰源于二元多层结构的本征模。
建立了共振光隧穿效应的量子隧穿模型,基于薛定谔方程详细推导了光子隧穿几率,并得到关于谐振峰的隐函数表达式,证明了共振光隧穿结构中所支持的能量态是分裂的,只有具有适当能量的光子才能穿过。然后,设计了共振光隧穿效应传感模型,并进行了性能表征及优化。
采用传输矩阵法研究了品质因子和灵敏度随结构参数的变化关系,并引入分辨力的概念,综合
考虑品质因子和灵敏度对传感器性能的影响,为共振光隧穿效应传感应用提供了理论基础。最后,总结了环形腔与共振光隧穿效应谐振腔的相同点,通过类比串联双环模型,设计并实现了基于共振光隧穿谐振腔的耦合谐振腔诱导透明效应,利用传输矩阵法探索了结构参数对诱导透明峰的影响规律。
该结构同时具有工艺简单、成本低的特点,表现出潜在的应用前景。
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