本文關(guān)鍵詞：基于阻尼最小二乘法的表面等離激元定向耦合器的優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 表面等離激元 準(zhǔn)周期金屬光柵 定向耦合器 有限元方法 阻尼最小二乘法

【摘要】：表面等離激元是由光與金屬表面集體震蕩的電子相互耦合激發(fā)的一種沿金屬和電介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ谋砻骐姶挪�。它不僅提供了一種可以在亞波長(zhǎng)尺度上控制和利用光的方法而且在光子集成電路的發(fā)展中具有極大的潛力。另外,表面等離激元還可以用于其它領(lǐng)域,如亞波長(zhǎng)光刻、光子探測(cè)器、光學(xué)天線以及生物傳感器等。傳統(tǒng)意義上,激發(fā)表面等離激元面臨的兩個(gè)挑戰(zhàn)分別是耦合效率和方向的控制。很多研究學(xué)者設(shè)計(jì)了大量的新穎結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)表面等離激元的定向發(fā)射,結(jié)構(gòu)一定時(shí),幾何參數(shù)不同表面等離激元定向耦合器的性能也不同。如果要進(jìn)一步提高表面等離激元的性能,還需要使用優(yōu)化算法優(yōu)化表面等離激元發(fā)射器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文主要利用阻尼最小二乘法優(yōu)化幾何參數(shù),使表面等離激元沿既定方向傳播。本課題基于COMSOL 4.4 with MATLAB軟件編寫阻尼最小二乘法的程序以及模擬表面等離激元定向耦合器。阻尼最小二乘法和COMSOL相結(jié)合的優(yōu)化技術(shù)不僅節(jié)約了大量的計(jì)算時(shí)間而且在好的初始結(jié)構(gòu)的條件下能夠獲得性能優(yōu)越的表面等離激元定向耦合器。在本文中,我們優(yōu)化了由五組不對(duì)稱凹槽對(duì)構(gòu)成的準(zhǔn)周期的表面等離激元光柵耦合器,其表面等離激元的消光比高達(dá)71。該優(yōu)化技術(shù)還可以推廣到包括遺傳算法在內(nèi)的其它的數(shù)值優(yōu)化算法,它不僅可以用于表面等離激元定向耦合器的設(shè)計(jì),而且還可以用于其它的納米光子元件的設(shè)計(jì),例如,其它結(jié)構(gòu)的表面等離定向耦合器、異常光學(xué)透射、微納光學(xué)天線以及表面等離激元波導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：表面等離激元 準(zhǔn)周期金屬光柵 定向耦合器 有限元方法 阻尼最小二乘法
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN622;O441.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 表面等離激元的性質(zhì)10-16
• 1.2.1 表面等離激元的色散關(guān)系10-12
• 1.2.2 表面等離激元的激發(fā)方式12-13
• 1.2.3 表面等離激元的特征長(zhǎng)度13-16
• 1.3 表面等離激元的研究熱點(diǎn)16-21
• 1.3.1 透射增強(qiáng)效應(yīng)16-17
• 1.3.2 生物傳感器17-18
• 1.3.3 負(fù)折射率材料18
• 1.3.4 SPPs單向發(fā)射器18-21
• 1.4 金屬納米結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)21-22
• 1.4.1 電子束曝光技術(shù)(electron beam lithography, EBL)21
• 1.4.2 聚焦離子束技術(shù)（focused-ion beam, FIB）21-22
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)22-24
• 第二章 表面等離激元的數(shù)值模擬和優(yōu)化的基本原理24-33
• 2.1 時(shí)域有限差分法24-25
• 2.2 有限元方法25
• 2.3 多物理場(chǎng)有限元軟件（COMSOL Multiphyscis）25-26
• 2.4 COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬過(guò)程相關(guān)模塊介紹26-30
• 2.5 數(shù)值優(yōu)化算法——阻尼最小二乘法的基本原理30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 表面等離激元定向耦合器的模擬和優(yōu)化33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 表面等離激元定向耦合器的模型33-36
• 3.3 表面等離激元定向耦合器的優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)36-38
• 3.4 驗(yàn)證模型和優(yōu)化算法38-39
• 3.5 表面等離激元定向耦合器的設(shè)計(jì)39-46
• 3.5.1 表面等離激元定向耦合器初始幾何參數(shù)的選擇39-40
• 3.5.2 表面等離激元定向耦合器優(yōu)化40-41
• 3.5.3 表面等離激元定向耦合器的帶寬41-42
• 3.5.4 表面等離激元定向耦合器的公差計(jì)算42-43
• 3.5.5 準(zhǔn)周期表面等離激元光柵耦合器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化43-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 總結(jié)與展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 致謝53-54
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文54

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 覃光榮;;用定向耦合器的微波調(diào)配法[J];廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1986年02期

2 張秀蘭;;定向耦合器的工作原理[J];陰山學(xué)刊(自然科學(xué)版);1994年01期

3 王又法,王子華;非線性光定向耦合器解的簡(jiǎn)化表達(dá)式(英文)[J];光子學(xué)報(bào);1999年07期

4 姚秀偉,劉保福,李秀玉,孫明;定向耦合器系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J];物理實(shí)驗(yàn);2003年12期

5 劉憲周,吳晉龍,劉剛軍,李劬,金國(guó)良;復(fù)合型變耦合系數(shù)定向耦合器開關(guān)特性的研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2004年11期

6 趙華偉;黃旭光;黃景堂;;基于表面等離子激元的光定向耦合器[J];中國(guó)科學(xué)(G輯:物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué));2009年02期

7 李雨濃;劉長(zhǎng)軍;;基于混合左右手和人工傳輸線的平面雙定向耦合器[J];強(qiáng)激光與粒子束;2010年10期

8 石愛(ài)民;王賢武;文良華;馮勇;;基于定向耦合器的高頻功率測(cè)量[J];強(qiáng)激光與粒子束;2011年04期

9 易鵬;項(xiàng)元江;戴小玉;丁明耀;文雙春;;含負(fù)折射介質(zhì)的反向定向耦合器的時(shí)空不穩(wěn)定性研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

10 肖金標(biāo);李文亮;夏賽賽;孫小菡;;梯形截面硅基水平多槽納米線定向耦合器全矢量分析[J];物理學(xué)報(bào);2012年12期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 覃光榮;;用定向耦合器的調(diào)配法[A];1985年全國(guó)微波會(huì)議論文集[C];1985年

2 高強(qiáng);袁乃昌;;寬帶定向耦合器的設(shè)計(jì)[A];2001年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2001年

3 陳憶元;李嗣范;;3mm波段鰭線定向耦合器[A];1989年全國(guó)微波會(huì)議論文集（上）[C];1989年

4 蔣曉紅;徐金平;李嗣范;;八毫米脊形窄壁耦合定向耦合器[A];1989年全國(guó)微波會(huì)議論文集（上）[C];1989年

5 廖敏;;選擇定向耦合器設(shè)計(jì)方法的簡(jiǎn)單準(zhǔn)則[A];1999年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè))[C];1999年

6 顧瑞龍;周希朗;鮑軍;李文祥;;寬頻帶(10個(gè)倍頻程)非線性定向耦合器的設(shè)計(jì)[A];1985年全國(guó)微波會(huì)議論文集[C];1985年

7 陳憶元;李嗣范;;毫米波鰭線定向耦合器[A];1985年全國(guó)微波會(huì)議論文集[C];1985年

8 張婷;傅德民;田立卿;;一種高方向性寬頻帶定向耦合器的研究[A];2005'全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（第三冊(cè)）[C];2006年

9 康小克;徐軍;;E面縫隙波導(dǎo)定向耦合器的研究[A];2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2007年

10 詹志強(qiáng);劉國(guó)慶;;介質(zhì)孔波導(dǎo)定向耦合器[A];1987年全國(guó)微波會(huì)議論文集（中）[C];1987年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 浙江 錢大軍;改定向耦合器為二分配器[N];電子報(bào);2002年

2 山東 郎筠;哈里斯10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)功率分配與合成(下)[N];電子報(bào);2011年

3 馮衛(wèi)東;科學(xué)家制造出世界最小光開關(guān)[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

4 山東蒙山轉(zhuǎn)播臺(tái) 朱光;調(diào)頻三工器的工作原理[N];電子報(bào);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張大偉;寬帶高平坦度高方向度定向耦合器的設(shè)計(jì)研究[D];電子科技大學(xué);2011年

2 孟歡歡;3mm定向耦合器及其測(cè)試系統(tǒng)的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

3 金輝;小型化寬帶高方向性定向耦合器研究[D];電子科技大學(xué);2013年

4 詹潔瓊;應(yīng)用于模分復(fù)用的聚合物光波導(dǎo)非對(duì)稱定向耦合器研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 王曉平;新型雙頻帶Butler矩陣研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 嚴(yán)嘉斌;小型化大功率波導(dǎo)定向耦合器的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

7 周憲華;高功率回旋管準(zhǔn)光模式變換器及寬帶定向耦合器的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 陳娜;緊湊型波導(dǎo)定向耦合器的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

9 鄭鑫;復(fù)合電橋的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

10 陳誠(chéng);緊湊型高方向性矩形波導(dǎo)定向耦合器的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：971551