磁表面等离子体激元及相关非互易微波器件应用

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1、分类号：密级：UDC：学号：405513813043南昌大学硕士研究生学位论文磁表面等离子体激元及相关非互易微波器件应用SurfaceMagnetoplasmonsandItsApplicationinNonreciprocalMicrowaveComponents洪露军培养单位(院、系)：南昌大学理学院、物理系指导教师姓名、职称：邓晓华教授指导教师姓名、职称：沈林放教授申请学位的学科门类：理学学科专业名称：无线电物理论文答辩日期：2016年5月28日答辩委员会主席：评阅人：2016年月日万方数据万方数据摘要摘要单向电磁模式及其相关波导是实现小型化非互易光学功能器件的有效途径。基于表面等离子体

2、激元（SPPs）的单向波导，由于其结构简单，能够实现亚波长约束而受到广泛的关注。本文首先对外加静磁场下的磁光材料YIG的能带特性进行了分析，提出了一种微波段单向电磁模式的波导结构，该波导结构是由磁光材料YIG，介质（空气），金属构成，并且外加一个静磁场；我们还讨论了不同介质层厚度d下的波导特性。研究发现，该波导结构不仅支持单向磁表面等离子激元（SMPs），而且还支持由全内反射机制形成的常规模式。像单向SMPs一样，单向常规模式能抑制散射；两种单向模式共同构成了系统的完整色散能带。基于上述单向SMPs，我们提出了无介质柱和有YIG介质柱的T型分束器，并仿真分析了电磁波在分束器的传播特性。仿真结果

3、表明，无介质柱的T型分束器并不能达到50/50的传输比例；有介质柱的分束器是一个高效率可调分束器。此外，通过改变YIG介质柱的位置或者外加磁场的大小，可以在两个输出端口实现任意比例的电磁波输出能量，比如：35%、50%和65%。不同于以往的光子晶体分束器，本文提出的高效率可调分束器具有更简单的几何形状，且仅需要一个外部磁场；此外，由于外加磁场易调控，因此它更适用于在光通信器件等方面的实际应用。关键词：磁光材料；单向波导；磁表面等离子体；分束器；I万方数据ABSTRACTABSTRACTOne-wayelectromagneticmodesandtheirrelatedone-waywavegu

4、idesprovideanovelandeffectivewaytodevelopminiaturizednonreciprocalopticalcomponents.Suchone-waywaveguidesbasedonsurfaceplasmonpolaritons(SPPs)arewidelyconcernedastheyhavesimpleconfigurationandcanrealizesub-wavelengthconfinement.Inthispaper,wefirstanalyzethebandpropertiesofmagnetic-opticalmaterialsYI

5、Gunderastaticexternalmagneticfield,andpresentabasicmodelofrobustone-wayelectromagneticmodesatmicrowavefrequencies,whichisformedbyasemi-infinitegyromagneticyttrium–iron–garnetwithdielectriccladdingterminatedbyametalplate.Wecarefullyanalyzetheguidingpropertiesforvariousdvalues,whichisthethicknessofthe

6、dielectriclayer.Ourstudiesshowthatthissystemsupportsnotonlyone-waysurfacemagnetoplasmons(SMPs)butalsoaone-wayregularmode,thelatterbeingguidedbythemechanismoftotalinternalreflection.Likeone-waySMPs,theone-wayregularmodecanbeimmunetobackscattering,andtwotypesofone-waymodestogethermakeupacompletedisper

7、sionbandforthesystem.Basedontheaboveone-waySMPs,weproposetwoT-junctionbeamsplitterswithoutandwiththeYIGrod,andsimulatethepropagationcharacteristicsofelectromagneticwavesinthebeamsplitter.Theformercann