本文關(guān)鍵詞：光學(xué)超材料對黃光波段磁偶極子輻射提高的研究

  更多相關(guān)文章： 超材料 磁諧振 磁偶極子 稀土發(fā)光

【摘要】：超材料(Metamaterial)是一種由單位周期性排列形成的具有特殊電磁性能的人工合成材料。通過設(shè)計不同的單位結(jié)構(gòu)形貌和尺寸參數(shù),調(diào)節(jié)超材料的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的相互關(guān)系,即可實現(xiàn)諸如負折射等超自然現(xiàn)象。磁性超材料在某些頻段可以使得結(jié)構(gòu)的等效磁導(dǎo)率不為單位1,這主要是由于其在此頻率具有一定的磁諧振效應(yīng)。根據(jù)Purcell效應(yīng)和費米黃金定律,磁諧振特性會引起周圍光子態(tài)密度的改變,對此空間附近偶極子躍遷效率具有一定的影響。本文基于磁性超材料結(jié)構(gòu)的諧振理論,利用有限元模擬軟件對三明治光柵超材料影響磁偶極子自發(fā)輻射進行研究,并實驗合成了具有磁偶極子躍遷的無機和有機稀土發(fā)光物。模擬上利用數(shù)值模擬方法設(shè)計了Ag-Al2O3-Ag的三明治光柵超材料結(jié)構(gòu),對TE模式和TM模式下該超材料結(jié)構(gòu)的電磁諧振位置、強度進行了研究,論證了TM模式入射場可在三明治結(jié)構(gòu)介質(zhì)層中形成強烈的磁諧振熱點;通過對結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)采取單一變量的方式研究其對磁諧振效應(yīng)的影響,優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸,證實了結(jié)構(gòu)寬度為調(diào)控磁響應(yīng)的決定性因素,并獲得了在590nm附近80倍的磁場增強效果;通過文獻結(jié)果復(fù)現(xiàn)確定了計算Purcell因子和輻射增強因子的基本方法,利用此方法得出,在590 nm附近的磁諧振的作用下磁偶極子Purcell因子和輻射增強因子分別達到175倍和90倍,這在目前的可見光波段的磁偶極子輻射增強是從未達到的;通過改變結(jié)構(gòu)寬度和磁偶極子的設(shè)置位置,證明了磁偶極子輻射增強對于三明治光柵結(jié)構(gòu)的尺寸和空間的不敏感性,同時驗證了三明治結(jié)構(gòu)的制備形狀誤差對偶極子輻射影響較小。實驗上通過燃燒合成法制備出在無機稀土發(fā)光物Y2O3:Eu3+,通過320nm激光激發(fā)得到其在590 nm附近的磁偶極子躍遷峰;利用加熱濃縮法合成有機稀土配合物Eu(HFA)3,相比無機物而言,其磁偶極子輻射譜線同樣位于590 nm附近且頻譜更寬。最后根據(jù)三明治結(jié)構(gòu)的尺寸和結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了刻蝕法和剝離法兩種微納加工的基本流程。
【關(guān)鍵詞】：超材料 磁諧振 磁偶極子 稀土發(fā)光
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;O441
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 超材料簡介9-13
• 1.3 超材料對偶極子輻射調(diào)控的研究現(xiàn)狀及分析13-19
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 超材料調(diào)控偶極子輻射原理21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 超材料結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬21-25
• 2.2.1 超材料電磁計算問題的基本原理21-22
• 2.2.2 超材料結(jié)構(gòu)電磁波計算的數(shù)值模擬22-24
• 2.2.3 利用COMSOL Multiphysics設(shè)計超材料結(jié)構(gòu)基本方法24-25
• 2.3 超材料結(jié)構(gòu)對偶極子輻射調(diào)控的機理25-29
• 2.3.1 表面等離子體25-27
• 2.3.2 表面等離子體對偶極子輻射的影響27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 磁諧振對偶極子輻射調(diào)控的仿真30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 三明治結(jié)構(gòu)簡介30-32
• 3.3 三明治結(jié)構(gòu)諧振特性32-36
• 3.3.1 TE平面入射波下的三明治結(jié)構(gòu)諧振特性32-33
• 3.3.2 TM平面入射波下的三明治結(jié)構(gòu)諧振特性33-36
• 3.4 三明治結(jié)構(gòu)諧振對幾何參數(shù)的敏感度36-42
• 3.5 偶極子輻射增強因子的計算42-49
• 3.5.1 近場和遠場輻射增強因子計算方法驗證42-44
• 3.5.2 輻射增強因子與諧振強度相互關(guān)系44-46
• 3.5.3 空間分布和結(jié)構(gòu)形狀對增強因子的影響46-48
• 3.5.4 磁偶極子輻射增強的成因驗證48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 稀土發(fā)光材料的合成和超材料結(jié)構(gòu)的制備50-61
• 4.1 引言50
• 4.2 磁偶極子發(fā)光材料的合成50-56
• 4.2.1 稀土元素的偶極子躍遷能級理論51-52
• 4.2.2 無機稀土發(fā)光材料的制備52-54
• 4.2.3 有機稀土發(fā)光材料的制備54-56
• 4.3 三明治超材料結(jié)構(gòu)的制備56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果66-68
• 致謝68

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;光學(xué)左手超材料捕獲彩虹取得突破[J];光機電信息;2009年11期

2 聞孺銘;李凌云;韓克武;孫曉瑋;;微波超材料隱形結(jié)構(gòu)及其新型快速實驗方案[J];物理學(xué)報;2010年07期

3 樹華;;可以用光進行控制的超材料[J];物理;2012年12期

4 丁敏;薛暉;吳博;孫兵兵;劉政;黃志祥;吳先良;;基于電磁超材料的兩種等效參數(shù)提取算法的比較分析[J];物理學(xué)報;2013年04期

5 弓巧俠;劉曉e，

本文編號：964151