表面等离子波导系统中太赫兹频段单向无反射性质的研究

论文摘要

异常点是系统参数空间中两个或多个本征值和对应的本征矢量合并和简并的点,在这一点处会产生许多奇特的现象,例如,相干完美吸收,非互易光传输和单向无反射。单向无反射在军事隐形、二极管和滤波器中具有潜在的应用价值,因而获得了广泛关注和大量研究。由于在微纳尺寸器件中的单向无反射受到衍射极限的极大制约,表面等离子激元具有突破亚波长限制和衍射极限的优势,可用来实现光学器件的微型化和高度集成化。本文利用表面等离子波导系统,通过使用数值模拟和解析计算方法实现了异常点处太赫兹频段单向无反射。主要研究内容为:（1）设计了由两个桩状共振器边耦合到金属-绝缘体-金属表面等离子波导组成的系统。基于本征等离子共振,在太赫兹频段实现了双带单向无反射。利用数值模拟,并用耦合模方程进行理论验证,发现两种方法所获得的反射光谱具有较好的一致性。在两个共振频率处,向前方向的磁场干涉相消进而导致近零反射,而向后方向的磁场干涉相长,导致高反射。此外,通过求解系统的散射矩阵的本征值进一步证明了异常点处的双带单向无反射现象。（2）设计了多个桩状共振器与表面等离子波导边耦合结构,提出实现太赫兹频段多带单向无反射的方案。利用CST软件仿真模拟多个共振器耦合波导的结构,发现得到的单向无反射带数与共振器数量相关。（3）在上述本征模式单向无反射的基础上研究了高阶双带单向无反射。利用三个桩状共振器边耦合到表面等离子波导系统,基于高阶等离子共振在两个异常点处实现了太赫兹频段双带单向无反射。相比较于本征模式,高阶模式的单向无反射带宽更窄,具有品质因子更高的特点。总之,我们设计了一个由桩状共振器边耦合金属-绝缘体-金属表面等离子波导结构,基于本征等离子共振和高阶等离子共振实现了太赫兹频段单向无反射现象。通过选取不同的结构参数,分别得到本征双带、本征多带及高阶双带单向无反射。我们的研究在滤波器、传感器、类二极管等器件中有重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 本征模式单向无反射现象
•   2.1 双带单向无反射现象
•     2.1.1 结构
•     2.1.2 数值模拟与理论分析
•     2.1.3 磁场分布
•     2.1.4 散射矩阵本征值的实部和虚部
•     2.1.5 本节小结
•   2.2 多带单向无反射现象
•     2.2.1 四～六个共振器与等离子波导耦合
•     2.2.2 七个共振器与等离子波导耦合
•     2.2.3 本节小结
• 第三章 高阶模式单向无反射现象
•   3.1 结构
•   3.2 数值模拟与理论分析
•   3.3 磁场分布
•   3.4 散射矩阵本征值的实部和虚部
•   3.5 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 代天一

导师: 金星日

关键词: 单向无反射,太赫兹波,表面等离子波导

来源: 延边大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 延边大学

分类号: O441.4;O53

总页数: 55

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