本文選題：表面等離子體激元 + 時域有限差分法��； 參考：《大連理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著高速信息時代的到來,各種軍用或民用領(lǐng)域?qū)τ谖⑿突�、集成化器件的需求越來越強�?而現(xiàn)階段主流的集成電路由于“物理極限”而存在“電子瓶頸”。而光子集成便是解決這一“瓶頸”最具有潛力的技術(shù)之一。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),由于其獨特的光學特性,開辟了人類用亞波長金屬結(jié)構(gòu)約束和控制光子的先河。因此,基于表面等離子體激元的微納器件的制作和應(yīng)用,作為光子集成的基礎(chǔ),成為時下科學研究的熱點。在分析微納器件的光學特性和應(yīng)用時,傳統(tǒng)的標量衍射理論已不再適應(yīng),必須應(yīng)用矢量衍射理論。本文主要應(yīng)用時域有限差分法分析了各種金屬的材料特性對金屬光柵的異常透射現(xiàn)象的影響,在金屬光柵的基礎(chǔ)上,提出一種復合微納金屬光柵-波導結(jié)構(gòu)的雙通道帶通濾波器,金屬光柵中矩形凹槽的引入及與波導層的結(jié)合,使該濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)高透射率、窄半峰寬度的雙通道透射。本論文的主要研究工作如下：1.綜述比較各種微納器件數(shù)值分析方法后,結(jié)合微納金屬光柵獨特的結(jié)構(gòu)和研究需求,選定時域有限差分法作為我們的理論研究方法,并以商用軟件FDTD Solutions作為我們數(shù)值建模分析的工具。時域有限差分法具有直接在時域計算、通用性強、簡單易掌握、適合并行運算和高精度等特性。從經(jīng)典的麥克斯韋方程出發(fā),推導時域有限差分法的算法實現(xiàn),并分析作為SPPs存在環(huán)境的金屬材料的色散屬性,及幾種常用的數(shù)值模型：Lorentz模型、Drude模型、Drude-Lorentz模型,最后給出我們數(shù)值計算中采用的各種金屬材質(zhì)在Drude-Lorentz模型中參數(shù)值。2.鑒于現(xiàn)階段金屬材料特性對金屬光柵中異常透射現(xiàn)象影響的研究空白,我們分析了以Drude-Lorentz模型為色散關(guān)系的各種貴金屬Ag、Au、Cu)和非貴金屬材料(Cr、Ni、 W)及金屬A1的材料特性對一維金屬光柵的異常透射現(xiàn)象的影響。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn),Ag、 Au、Cu等貴金屬光柵相比于Cr、Ni、W等非貴金屬光柵,在結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的條件下,由于較大的有效縫寬度和較小的吸收,表現(xiàn)出極高的透射峰值。此外,通過各個波峰和波谷位置波長處的電磁場空間分布的分析及波峰和波谷位置波長隨金屬光柵周期的變化與SPPs散射曲線的對比發(fā)現(xiàn),金屬光柵的異常透射增強現(xiàn)象與表面等離子體激元的激發(fā)有密不可分的關(guān)系。3.以微納金屬光柵為基礎(chǔ),提出一種復合微納金屬光柵-波導結(jié)構(gòu)的雙通道帶通濾波器。該結(jié)構(gòu)能夠在TM光正入射時,實現(xiàn)高透射率、窄半峰寬度的雙通道透射。通過數(shù)值建模分析,我們發(fā)現(xiàn)：在金屬光柵上表面中央位置處矩形凹槽的引入,使得透射譜線中的雙峰具有極窄半峰寬度和極深透射深度的特性。因此,矩形凹槽使它成為一種優(yōu)秀的雙通道帶通濾波器。類F-P共振、波導共振和SPPs模式間的耦合和相互作用是該雙通道帶通濾波器的形成機理,并通過分析入射角度對透射譜線雙峰的影響來進一步驗證。此外,將這一結(jié)構(gòu)推廣到二維復合微納金屬光柵-波導結(jié)構(gòu)將實現(xiàn)非偏振的雙通道帶通濾波器。
[Abstract]:With the advent of high - speed information age , the demand for micro - nano metal grating - waveguide structure has become more and more intense in various military or civilian fields . This paper presents a dual - channel band - pass filter with high transmittance and narrow half - peak width , which is based on micro - nano metal grating .
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN713.5

【共引文獻】

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本文編號：2003639