【摘要】：表面等離激元是一種出現(xiàn)在金屬-介質(zhì)交界面上的電磁波的特殊形式,它是一種沿著兩種材料間的接觸面?zhèn)鞑サ钠矫娌?它最重要的特性是可以打破光的衍射極限,使電磁波的能量限制在納米尺寸內(nèi),這一特點(diǎn)可以大大促進(jìn)光學(xué)元件微型化的發(fā)展。光學(xué)元件本身就擁有許多電子元件無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),可以預(yù)見的是在不久的將來(lái)表面等離激元技術(shù)會(huì)在生產(chǎn)生活中廣泛推廣,光學(xué)元件逐步替代傳統(tǒng)電子元件,通信所需的全光網(wǎng)絡(luò)建成,通信速度和通信質(zhì)量大幅度上升。同時(shí),表面等離激元在生物醫(yī)學(xué)、超導(dǎo)材料、光學(xué)增強(qiáng)等其他方面也有廣泛的用途。本文的主要內(nèi)容如下。首先主要論述了基于表面等離激元的亞波長(zhǎng)濾波器的原理和設(shè)計(jì)。對(duì)表面等離激元技術(shù)所涉及到的理論知識(shí)進(jìn)行介紹,衍射極限的理論推導(dǎo),金屬的色散關(guān)系,廣泛用于模擬計(jì)算的金屬色散模型Drude模型和實(shí)際中激發(fā)表面等離激元的方法等。表面等離激元并不能自動(dòng)生成,須要達(dá)到一定的匹配條件才可以激發(fā),文中會(huì)從原理和實(shí)際操作兩方面對(duì)常見的幾種激發(fā)方式進(jìn)行敘述。對(duì)常用于表面等離激元計(jì)算的數(shù)值方法進(jìn)行介紹。有限元法(FEM)和時(shí)域有限差分法(FDTD)是兩種最常見的數(shù)值算法,我們將從理論上對(duì)兩種算法詳細(xì)介紹,并對(duì)比兩種方法的優(yōu)劣特點(diǎn)和適用范圍。接著,我們對(duì)常見的表面等離激元濾波結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,這些常見結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ),比如齒形、矩形諧振腔、環(huán)形諧振腔等等。從理論推導(dǎo)和仿真模擬兩方面對(duì)所述濾波結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得到了模型中不同的參數(shù)調(diào)整對(duì)濾波效果的定量影響。最后根據(jù)研究所得的結(jié)論,創(chuàng)新性的提出了環(huán)形缺口諧振腔濾波結(jié)構(gòu),使用仿真軟件COMSOL Multyphysics對(duì)該模型進(jìn)行分析研究,根據(jù)透射圖譜等結(jié)果得知了該模型有良好的帶通濾波效果,在表面等離激元濾波器的發(fā)展上有重要的應(yīng)用價(jià)值。在文章的結(jié)尾,對(duì)整個(gè)研究過程進(jìn)行歸納,根據(jù)已經(jīng)得到的研究成果預(yù)測(cè)下一步的發(fā)展方向,發(fā)現(xiàn)研究當(dāng)中的不足,對(duì)不足之處進(jìn)行改進(jìn)。
【圖文】：

在表面等離激元的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，里面有兩種類型是應(yīng)用最為廣泛的，一種是逡逑ＭＩＭ結(jié)構(gòu)，即金屬－介質(zhì)－金屬結(jié)構(gòu)，另一種則是ＩＭＩ結(jié)構(gòu)，即介質(zhì)－金屬－介質(zhì)結(jié)逡逑構(gòu)。如圖２－１所示，如果是ＭＩＭ結(jié)構(gòu)，那么①區(qū)域?yàn)闉榻饘俨牧�，②區(qū)域?yàn)榻^逡逑緣介質(zhì)材料。若為ＩＭＩ結(jié)構(gòu)，則①區(qū)域?yàn)榻^緣介質(zhì)材料，②區(qū)域是金屬材料。逡逑；逡逑①逡逑：；＇邋：．．．．．．．．．．．．．邋．邋。逡逑．逡逑．逡逑邐邋＇逡逑圖２－１波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑對(duì)于兩種最著名的表面等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)——ＭＩＭ結(jié)構(gòu)和ＩＭＩ結(jié)構(gòu)的特性，逡逑區(qū)別如下，在ＩＭＩ類型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，表面等離激元的傳播損耗較小，故而能逡逑夠完成有效的遠(yuǎn)距離傳播，但是這種結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)局域效應(yīng)不好，與信息系統(tǒng)高逡逑度集成化的發(fā)展方向不符合。而ＭＩＭ結(jié)構(gòu)波導(dǎo)有很強(qiáng)的光局域能力，傳播距離逡逑雖然不如ＩＭＩ波導(dǎo)但也不短，另外ＭＩＭ波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還可以在更為寬廣的波段區(qū)間逡逑內(nèi)維持很高的群速度。從實(shí)際制作來(lái)講，ＭＩＭ波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制作工藝較為簡(jiǎn)單，又逡逑有利于集成化的優(yōu)點(diǎn)

圖２－２邋ｏｔｔｏ結(jié)構(gòu)逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN713

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本文編號(hào)：2698460