0124001-1第43卷第1期/2023年1月/光学学报研究论文近红外磁表面等离激元单向波导严金华，王琳萍，邓羽析，刘博云，沈林放*浙江工业大学理学院，浙江杭州310023摘要基于电介质-旋电介质的磁表面等离激元（SMPs）模型，从色散方程出发，理论分析了存在表面波时旋电介质介电张量和电介质介电系数的关系，以实现单向传输的SMPs。提出Ce∶YIG/Ag超构旋电材料，根据有效介电张量理论构造满足SMPs条件的旋电介质的介电张量。分析了电介质-旋电介质表面波的色散特性，利用有限元方法对电介质-超构旋电介质模型的传输特性进行了仿真计算，在施加常规磁场（0.2T）情况下实现了工作于近红外波段的SMPs单向传输，并在该结构中引入缺陷。仿真结果表明该SMPs单向波导具有很好的鲁棒性。关键词表面光学；磁表面等离激元；单向电磁模式；超构材料；近红外；有限元方法中图分类号O436文献标志码ADOI：10.3788/AOS2210801引言单向电磁模式是通过打破洛伦兹互易性实现沿一个方向传输而不会沿原路径返回的电磁模式，其具有无反向散射的特性，在激光和光通信系统［1-2］、隔离器［3］、环行器［4］等方面有广泛应用。在由磁光材料构成的波导系统中，通过引入磁场可打破时间反演对称，进而可实现单向电磁模式。一种方法是利用光子晶体中类似量子霍尔边缘态构造单向电磁模式［5-8］，内部光子禁带使得电磁模式只能在边缘传输，引入外磁场可打破时间反演对称性，实现单向电磁模式，这一现象在磁光光子晶体中得到实验验证［9-10］。另一种方法是利用磁表面等离激元（SMPs）实现单向模式，该模式存在于旋电介质和电介质之间的界面，施加外磁场使得正反两个方向波矢的色散曲线分离［11］，当频率处于色散曲线频率间隙内时电磁波可以单向传播，单向频带范围可通过调谐磁场来实现单向电磁模式［12］。相比前一种方法，基于SMPs的单向模式结构更加简单，且能够将光束约束在表面，并具有较好的鲁棒性［13］，对器件小型化以及光通信领域应用［14］有重要意义。利用SMPs实现光波段和微波段单向电磁模式一直是研究的热点［15-16］。2008年，Fan团队［15］利用光子晶体的禁带抑制体模，在光子晶体和金的界面上实现光波段的单向表面波，但由于在光波段使金产生旋电效应所需的磁场非常强（约104T），从而限制了其应用。2015年，Shen等［16］将目光转向太赫兹波段，利用半导体材料InSb和电介质构建了三明治结构，该结构在常规磁场大小情况下实现了单向SMPs。单向SMPs为功能器件提供了传播...
