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北京石油化工学院2026年研究生招生接收调剂公告
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lsmsma

实习版主

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[求助] 波导中表面等离子体的激发疑问 已有1人参与

大家好！
波导中表面等离子体的激发疑问

波导中的SPP是怎么来的啊？？求问激发原理？

有没有人可以指导一下的。多谢
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1楼 2015-12-24 03:27:07
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michaeldel

超级版主

火星领导

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【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
lsmsma: 金币+10, ★★★★★最佳答案 2016-01-08 15:48:28
引用回帖:
3楼: Originally posted by lsmsma at 2015-12-24 19:15:05
谢谢回答～～～我能理解你所说的。我困惑的是gap spp一开始是怎么来的？比如说我仿真的时候，给这个结构的左边的端口设置什么波入射？怎么就会产生gap spp呢？
...

我认为平面波入射也是可以激发GSP的，不过耦合效率不是最高的

要让耦合效率最高，需要使用该波导支持的模式入射，要满足这一点一般来说要满足：
1 端口的传播常数和GSP的传播常数一致
2 端口处场的横向分布（类似横模）和波导里场的横向分布一致

然而，并无法知晓GSP的具体传播常数和场横向分布，所以comsol里面用 数值 端口，配合边界模式分析求解GSP，求解过程中会自动得到需要的入射模式
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在利思害，在害思利
4楼2015-12-25 16:03:12
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michaeldel

超级版主

火星领导

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【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
单个金属表面支持SPP，两个金属表面靠在一起，他们的SPP将耦合起来，形成Gap SPP，Gap SPP在两个表面形成的缝隙里传播，就形成了SPP波导。这与介质波导全反射形成的传播模式是不太一样的
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lsmsma
在利思害，在害思利
2楼2015-12-24 09:04:18
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lsmsma

版主

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2楼: Originally posted by michaeldel at 2015-12-24 09:04:18
单个金属表面支持SPP，两个金属表面靠在一起，他们的SPP将耦合起来，形成Gap SPP，Gap SPP在两个表面形成的缝隙里传播，就形成了SPP波导。这与介质波导全反射形成的传播模式是不太一样的

谢谢回答～～～我能理解你所说的。我困惑的是gap spp一开始是怎么来的？比如说我仿真的时候，给这个结构的左边的端口设置什么波入射？怎么就会产生gap spp呢？

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3楼2015-12-24 19:15:05
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Casmo

超级版主

优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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3楼: Originally posted by lsmsma at 2015-12-24 19:15:05
谢谢回答～～～我能理解你所说的。我困惑的是gap spp一开始是怎么来的？比如说我仿真的时候，给这个结构的左边的端口设置什么波入射？怎么就会产生gap spp呢？
...

其实，SPP与传统光波导并无本质区别，同样是从麦克斯韦方程组推出的，只不过由于金属的复介电常数，导致了SPP波矢比导模波矢大，所以属于一种表面波，考虑到波矢匹配的问题，不能直接激发。实验中通常需要利用光栅或棱镜等结构去激发SPP。
因为你只是考虑模拟，所以光源只需要在端面入射就行了，显然，在这种无限平板波导的情况下，选择TM激发就可以满足计算要求。
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FEAZER
5楼2016-03-28 14:14:30
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FEAZER

专家顾问

优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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4楼: Originally posted by michaeldel at 2015-12-25 16:03:12
我认为平面波入射也是可以激发GSP的，不过耦合效率不是最高的

要让耦合效率最高，需要使用该波导支持的模式入射，要满足这一点一般来说要满足：
1 端口的传播常数和GSP的传播常数一致
2 端口处场的横向分布（ ...

你好，想请问一你指点一下。。

1）数值端口下，上面貌似只能填一个单频点，那是否可以理解为，这个边界模式分析只能得出特定波长下的有效模式折射率呢？针对需要扫频即波长变化的情况，如果想要获得最大的耦合效率，就需要算好多，对么。。

2）如果不求耦合效率最大，这个平面波激发的Gsp，指的是随便TM波都可以么，对于传播常数有没有什么要求？如果可以激发，那在波导中会不会混有其他的模式呢？

问的有点初级了。。请见谅哈。
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6楼2017-02-26 14:54:19
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FEAZER

兑换贵宾

优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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5楼: Originally posted by Casmo at 2016-03-28 14:14:30
其实，SPP与传统光波导并无本质区别，同样是从麦克斯韦方程组推出的，只不过由于金属的复介电常数，导致了SPP波矢比导模波矢大，所以属于一种表面波，考虑到波矢匹配的问题，不能直接激发。实验中通常需要利用光栅 ...

您好，对于模拟的情况下，在端面如果选择TM激发，这种波的波数能否随便设置呢？ 我是想扫频，感觉一个频点一个频点的边界模式分析好像有点复杂。

谢谢！
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7楼2017-02-27 08:54:30
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Casmo

版主

优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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7楼: Originally posted by FEAZER at 2017-02-27 09:54:30
您好，对于模拟的情况下，在端面如果选择TM激发，这种波的波数能否随便设置呢？ 我是想扫频，感觉一个频点一个频点的边界模式分析好像有点复杂。

谢谢！...

你用COMSOL?这个我好久不用了，基本都忘了。
其实你要的就是色散曲线，这个结构很简单，解析解可以得到。具体可参照 Plasmonics: Fundamentals and Applications.
扫频也可以，就是时间长一些。好像Fourier分析更方便一些。
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FEAZER
8楼2017-02-27 11:50:33
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FEAZER

专家顾问

优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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8楼: Originally posted by Casmo at 2017-02-27 11:50:33
你用COMSOL?这个我好久不用了，基本都忘了。
其实你要的就是色散曲线，这个结构很简单，解析解可以得到。具体可参照 Plasmonics: Fundamentals and Applications.
扫频也可以，就是时间长一些。好像Fourier分析更 ...

谢谢回复！  对，我是用comsol的。想起来什么都行~

我没表达清楚我的问题- -，是这样的，我想重复一下别人的工作，他做的是一个二维MIM结构，如图1；图二，它上面说入射TM平面波，因为最后要得到的是透射谱线，所以要扫频。
所以我就在想，这个端口的设置应该怎么办，按理说SPPs传播常数是应该大于在自由空间中的波的传播常数的，只有波矢相匹配才能够激发。

按照结合4楼和5楼您的回答，端口选择TM波就可激发。我迷糊的地方是，4楼的第一句话可以理解为即使波矢不匹配也可以激发，就是耦合效率低了些么？

在二维的情况下，我应该怎么做才是正确的让结构中传播SPPs的方法呢？有点迷茫。谢谢了！
波导中表面等离子体的激发疑问-1
1.png


波导中表面等离子体的激发疑问-2
2.png
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9楼2017-02-27 17:40:54
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Casmo

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优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！优秀！！有木有！！！
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9楼: Originally posted by FEAZER at 2017-02-27 18:40:54
谢谢回复！  对，我是用comsol的。想起来什么都行~

我没表达清楚我的问题- -，是这样的，我想重复一下别人的工作，他做的是一个二维MIM结构，如图1；图二，它上面说入射TM平面波，因为最后要得到的是透射谱线， ...

个人认为，FDTD更适合计算透射谱，因为算法本身就是利用Fourier分析来求解频域或时域的情况，COMSOL要稍麻烦些。

具体问题具体分析，你这种情况不存在波矢匹配的问题。因为端面入射（end-fire coupling）本身就存在传输方向的波矢分量，而且激发位置在gap中，波矢自然匹配。由色散关系可知，在小于金属等离子频率的情况下，SPP均可激发。
简单说一下需要考虑波矢匹配的情况，比如垂直入射光下的平面结构，这时，因为光源和结构所在的折射率不同，加上入射方向垂直于SPP传输方向，所以此时必须考虑波矢匹配（采用棱镜或光栅）。

另外，想要得到符合实际的结果，入射光需要模式光源（亚波长效应）。
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FEAZER
10楼2017-02-27 19:57:29
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