声子学与等离激元学的相对优势:能量平衡方法
光学
2017-09-08 v1
摘要
各种等离激元方案的共同特征是它们能够将表面等离极化激元(SPPs)的光场限制在亚波长体积内,从而实现线性和非线性光学性质的巨大增强。然而,这种能力受到即便是最好金属也固有的大欧姆损耗的严重限制。但是,在光谱的中红外和远红外波段,存在一种可行的金属替代物,即极性电介质和半导体,其介电常数(实部)在剩余射线区变为负值。这一特性产生了所谓的表面声子极化激元(SPhPs),能够以类似于其等离激元对应物 SPPs 的方式限制场。由于极性声子的阻尼率远小于自由电子的阻尼率,预期声子器件可能优于其等离激元对应物并非不合理。然而,对声子学(phononics)与等离激元学(plasmonics)比较优点的更严格分析揭示了一个更微妙的答案,即尽管声子方案确实表现出更窄的共振并能实现非常高程度的能量集中,但大部分能量以晶格振动的形式包含,因此电场的增强以及由此产生的珀塞尔因子(Purcell factor)与金属纳米天线所能实现的相比相当小。尽管如此,声子共振的绝对窄度有望使声子学在频率选择性重要的应用中可行。
引用
@article{arxiv.1706.06641,
title = {Relative merits of Phononics vs. Plasmonics: the energy balance approach},
author = {Jacob B Khurgin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.06641},
year = {2017}
}