基于表面等离激元的液晶可调谐滤波器研究

论文摘要

二十一世纪以来,表面等离子体学这门年轻的学科成为等离激元纳米结构材料领域的研究热点。表面等离子体（SPs）指的是一种在金属和电介质界面上传播的电磁波,基于表面等离子体的纳米光子学器件能够突破衍射极限,把电磁场束缚短于入射光的亚波长范围。并且等离激元纳米结构材料的优点有体积小、适于集成、可以突破光学衍射极限等等,在太阳能、滤波器、传感器以及光耦合器等方面都有广泛的应用空间。目前大多数等离子体结构的一个主要缺点是若其结构参数一旦确定,只能在特定的频率或很有限的频率范围内工作,很难实现动态调谐,这极大地限制了它们的应用。本文提出了一种液晶调控基于等离激元诱导透明与腔模耦合的可调谐滤波器,主要研究内容如下:1、提出了一种由金纳米棒二聚体PIT阵列替代FP腔顶层金膜组成的（nanorod-ITO Glass-Au film,NIGAF）结构。该结构在近红外波段可以实现由金纳米棒阵列的等离激元诱导透明效应与FP腔的腔模式之间强等离子体耦合产生的双吸收峰,分析了NIGAF结构的反射光谱与模拟电场、磁场分布图。2、研究了液晶的电光效应,建立了可调谐滤波器模型,该滤波器能够以小于5%的反射系数过滤两个峰值。利用液晶折射率易控的特点,通过外加电压控制液晶的有效折射率,进而实现滤波器的动态可调谐。随着电压的增大,液晶的有效折射率增大,两模式有明显红移,电压为08V时,可调谐范围为160nm,得到了电压与调谐波长范围的多项式拟合曲线。3、从不同方面探究影响该滤波器可调谐特性的因素,分别对该液晶可调谐滤波器纳米结构的不同参数进行仿真计算,包括FP腔腔长,PIT阵列的介质层厚度,不同的入射光角度与仿真周期。最后由于液晶可能改变入射光的偏振方向,提出了一种基于对称NIGAF结构的滤波器,减轻了偏振对仿真结果的影响。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景与意义
•   1.2 表面等离子体的研究历史与现状
•     1.2.1 表面等离子体共振
•     1.2.2 电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）
•     1.2.3 等离激元诱导透明
•   1.3 可调谐液晶等离子体元件研究现状
•   1.4 本文研究内容与结构
• 第二章 表面等离子体的理论基础和数值计算方法
•   2.1 表面等离子体的基本理论
•     2.1.1 表面等离子体色散关系
•     2.1.2 表面等离子体的激发方式
•   2.2 数值计算方法
•     2.2.1 时域有限差分法（FDTD）
•     2.2.2 有限元法（FEM）
•     2.2.3 频域有限差分法（FDFD）
•     2.2.4 传输矩阵法（TMM）
•   2.3 本章小结
• 第三章 液晶的基本特性与理论研究
•   3.1 液晶的概念和分类
•     3.1.1 向列相液晶
•     3.1.2 近晶相液晶
•     3.1.3 胆甾相液晶
•   3.2 液晶的物理性质
•   3.3 液晶的光学性质
•     3.3.1 液晶的电光效应
•     3.3.2 各向异性晶体折射率张量的表示方法
•     3.3.3 液晶折射率张量的表示方法
•   3.4 本章小结
• 第四章 液晶调控基于等离激元诱导透明与腔模耦合的滤波器设计
•   4.1 基于等离激元诱导透明与腔模耦合（NIGAF）的超材料结构设计
•   4.2 液晶调控基于PIT效应与腔模的滤波器设计
•   4.3 基于PIT效应与腔模耦合的滤波器可调谐特性研究
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李董

导师: 任广军

关键词: 表面等离子体,等离激元诱导透明,液晶,可调谐滤波器

来源: 天津理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,无线电电子学,无线电电子学

单位: 天津理工大学

分类号: TN713;O441.4

总页数: 54

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