关键词:斯格明子;SPP波;光学斯格明子;相位调控
本工作基于表面等离激元(SPP)场,设计六边形金属狭缝结构实现光学斯格明子的动态调控,通过时域有限差分法(FDTD)仿真,验证入射光相位调控可精准改变光学斯格明子的形貌与位置,为拓扑光学结构的可控构建提供仿真依据。
- 仿真来源
本工作来源于Dynamic tailoring of an optical skyrmion lattice in surface plasmon polaritons(
https://doi.org/10.1364/OE.384718),该成果证实可在金属表面 SPP 场中构建光学斯格明子晶格,通过六束高斯光激发六边形光栅,能生成电场矢量的奈尔型、磁场矢量的布洛赫型光学斯格明子;调控激发光相位差可移动 SPP 驻波,实现斯格明子晶格形态与位置的动态控制,本文以此开展仿真复现与验证。

图1 光栅结构及斯格明子形状与位置示意图
- 结构设计
仿真模型基于均匀银(Ag)薄膜构建,在薄膜上刻蚀三条镂空线围成正六边形狭缝。采用 FDTD 软件完成建模,设置六个偏振方向不同的线偏振高斯光源,分别对应照射六组金属狭缝,搭建完整的仿真测试体系。

图1 FDTD软件中的建模效果图
研究设置三组仿真工况:Case1 中所有光源初始相位为 0,生成标准六边形光学斯格明子,呈现典型的奈尔型电场、布洛赫型磁场分布。


图2 光学斯格明子的电场和磁场分布
Case2 将光源 1 相位设为 π/2,SPP 驻波偏移使斯格明子由六边形畸变为三角形。


图3 光学斯格明子变形后的电场和磁场分布
Case3 把光源 2、3 相位均调为 π/2,斯格明子整体发生定向平移。


图4 光学斯格明子位移后的电场和磁场分布
- 总结
本研究通过六边形狭缝结构结合光源相位调控,成功实现光学斯格明子的形貌形变与位置平移,验证了相位调控对 SPP 场中光学斯格明子的动态操控有效性。该成果可为磁信息存储、自旋电子学等领域的拓扑光子器件研发,提供可靠的仿真支撑与技术参考。