论文摘要
电磁波入射到金属结构表面上时,金属表面的电子与入射电磁波中的光子相互耦合,促使金属表面的电子发生集体振荡,其电子分布状态也周期性改变,这种周期性的电子振荡模式我们称之为表面等离激元（surface plasmons,简称为SPs）。根据其表现形式通常将其分为两类:一类是可以沿着金属表面传播,传播方向与金属表面平行,而在垂直于金属表面的方向呈指数衰减的模式,我们称为表面等离极化激元（surface plasmon polaritons,简称为SPPs）;另一类则是不发生横向传输,金属表面电子只能局限在金属表面特殊位置,如纳米颗粒附近、棱角附近等,做往复振荡,我们称为局域表面等离激元共振（localized surface plasmon resonances,简称LSPRs）,或称为局域表面等离激元（localized surface plasmons,简称LSPs）。基于SPs的纳米光子器件的研究是当前国际上研究热点之一,SPs物理特性独特,其应用前景十分可观,如生物传感、超高分辨率成像、光学隐身等。尤其是SPPs对促使亚波长孔阵列金属薄膜结构突破传统意义上衍射极限发挥着重大作用,导致发生了传统电磁波衍射理论解释不通的电磁衍射现象——光异常透射现象（Extraordinary Optical Transmission,简称EOT）。正是因为EOT现象的存在,使得将光子器件和电子器件集成在一个芯片上甚至全光集成有了可能性,进而引发新的科技革命。本文基于色散介质时域有限差分法,以探究EOT现象为核心,对SPs的基本物理特性作了介绍,深入挖掘了其激发特点和耦合特性,更进一步探究了基于SPs的理论EOT现象的应用前景。本文主要工作可概括为以下几点:（1）窗型阵列金属薄膜结构EOT的研究,在总结前人研究结论的基础上本文设计了一种新的窗型阵列结构,对该种窗型结构的各项几何参数以及阵列周期对透射特性的影响特点做了详细探究,并通过观察其电场强度分布情况了解SPs之间的以及复合倏逝波之间的耦合效应,同时探究了类法布里-珀罗腔的谐振效应对该种结构光透射特性的影响作用。（2）内嵌镜像对称矩形腔金属光栅结构EOT的研究,这部分主要探究了内嵌镜像对称矩形谐振腔深度及宽度对EOT特性的影响。总结了不同腔深度宽度对入射电磁波的谐振效应特征,并可通过调节其参数线性调节透射波谱,结果显示内嵌镜像矩形腔的深度可以对透射波谱线性调节。（3）利用EOT的特点设计一种基于SPs的全光二极管器件。在金属银膜上刻蚀一个纳米圆形孔洞,并通过在孔洞四周刻蚀环形沟槽来调节SPs的激发情况,以及腔谐振情况,通过调节这种复合倏逝波影响入射电磁波的透射特性,以达到正向促进光传输,反向抑制光传输的效果。找出了环形沟槽对透射谱线的影响特点,以求最大可能的提高光的正反透射率之比,为以后全光器件的研究提供参考。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 龚韩韩
导师: 祁云平
关键词: 光异常透射,表面等离激元,金属薄膜结构,周期性阵列
来源: 西北师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技
专业: 物理学,材料科学,金属学及金属工艺,工业通用技术及设备,机械工业,无线电电子学
单位: 西北师范大学
分类号: O441.4;TG14;TB383.2
DOI: 10.27410/d.cnki.gxbfu.2019.000060
总页数: 52
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