表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是一種光頻段沿金屬與介質(zhì)交界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娌?具有顯著的亞波長(zhǎng)約束、近場(chǎng)增強(qiáng)和慢波特性。2004年,Pendry教授提出了人工表面等離激元(Spoof SPPs)的概念并由Hibbins等人在微波段得以驗(yàn)證。2016年,Engheta教授提出了等效表面等離子激元(Effective SPPs)的概念,2017年,我們課題組對(duì)Effective SPPs進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文針對(duì)Effective SPPs開展了理論和應(yīng)用研究,主要包括:1.研究了多層系統(tǒng)中的耦合Effective SPPs模式色散特性和傳輸特性。具體推導(dǎo)了矩形波導(dǎo)和平行板波導(dǎo)中等效IMI(絕緣體/金屬/絕緣體)和等效MIM(金屬/絕緣體/金屬)結(jié)構(gòu)中耦合Effective SPPs模式的解析色散方程,解析和仿真結(jié)果吻合良好,這表明,等效IMI和MIM結(jié)構(gòu)很好地模擬了光波段的IMI和MIM異質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.設(shè)計(jì)了一種基于Effective SPPs的帶通濾波器。該帶通濾波器由兩個(gè)橫向?qū)挾炔坏鹊木匦尾▽?dǎo)上下組合而成,兩個(gè)波導(dǎo)交界面處周期分布著橫向槽,研究表明可以通過調(diào)節(jié)上側(cè)窄波導(dǎo)的寬度來靈活調(diào)控濾波器的帶寬,帶寬內(nèi),該濾波器插損小。3.提出了利用填充等效ENZ材料的通道連接兩個(gè)等離子波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)Spoof SPPs的隧穿效應(yīng)。在介質(zhì)填充的矩形波導(dǎo)上層金屬壁刻蝕周期性的亞波長(zhǎng)凹槽以支持Spoof SPPs的高效傳輸。通過改變等效ENZ材料的相對(duì)介電常數(shù)可以靈活地調(diào)控隧穿的頻點(diǎn)。該方法可以實(shí)現(xiàn)Spoof SPPs在直通和彎折通道內(nèi)低損耗的高效傳輸。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

+ + + - - - + + +- - -金屬xyH圖 1.2 金屬與電介質(zhì)交界面 SPPs 的場(chǎng)分布散關(guān)系方程我們可以知道 SPPs 以表面波的形式沿著金屬與介質(zhì)的場(chǎng)的幅值最大，在垂直于交界面方向隨著距離的增大而呈現(xiàn)指數(shù)衰屬與介質(zhì)交界面的電場(chǎng)與電子密度分布態(tài)勢(shì)圖，形象的描述了波在波為 TE 極化的情況，采用與上述 TM 極化類似的分析方法，將電。根據(jù)邊界條件，對(duì)于 z=0 處電磁場(chǎng)分量連續(xù)，需滿足1 1 2A ( k k ) 所以等式成立的條件為1A 0，然后推出1 2A A 0。顯然，TE 極屬的交界面激勵(lì)出 SPPs。

圖 1.4 刻蝕周期孔洞的二維理想導(dǎo)體散關(guān)系柵結(jié)構(gòu)為例來分析 Spoof SPPs 的色散關(guān)系。在這凹槽寬度為 a[38]。xyⅡⅠ x=1 y= x=d/a μx=HEkkxnductor Perfect Conxyz何結(jié)構(gòu) （b）等效 1.5 半無限大一維光柵結(jié)構(gòu)及等效媒質(zhì)示意圖半無限大的金屬表面刻蝕了周期性的凹槽，當(dāng) T沿 x 方向的分量為k ，則入射波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可

1, 1y z xx （1.22），對(duì)于 TM 極化的平面波入射到厚度為 h 的均 002'0 020 0ik hx z x zik hx z x zk k k k ek k k k e 1時(shí)，令式（1.23）的分母為零可得到表面模式的色散2 2000tanxk k ak hk d .24）對(duì)應(yīng)的色散關(guān)系圖，其中結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù)滿足，與光波段的金屬-介質(zhì)交界面支持的 SPPs 色散曲線很工表面等離激元。與光波段 SPPs 不同的是，此處的等何參數(shù)所決定，當(dāng)xk 趨于無窮大時(shí)，角頻率 無限趨
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