介质波导中的极局域电场增强与光限制

本文在具有拐角和间隙几何结构的介质波导中展示了极局域的电场增强和光限制现象。数值结果揭示了扇形波导顶点附近的局域电场增强。经典电磁理论预测，随着圆角半径 ($r$) 和间隙 ($g$) 的减小，场增强和限制能力随之增加，并在 $r$ 和 $g$ 趋于无穷小时表现出奇异性。对于 $r=g=10\,\mathrm{nm}$ 的实际参数，相对顶点的扇形波导的模式面积可小至 $4\times10^{-3}A_{0}$ ($A_{0}=\lambda^{2}/4$)，远超衍射极限。这种无损耗突破衍射极限的方法优于等离子体激元波导，后者的光限制是以金属中巨大的本征损耗为代价实现的。此外，我们提出了一种在绝缘体上硅 (SOI) 波导上集成介质蝴蝶结天线的结构，其场增强提高了一个数量级。无损耗的介质拐角和间隙结构提供了一种无需金属纳米结构即可增强光与物质相互作用的替代方法，将在量子电动力学、传感器和纳米粒子捕获中找到应用。