本文關(guān)鍵詞：對數(shù)周期光學(xué)天線的近紅外吸收特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近些年來,金屬納米結(jié)構(gòu)的吸收特性從THz到可見光波段的范圍內(nèi)得到了廣泛而深入的研究,并且獲得了良好的吸收效果,不過對入射光的偏振性和角度等條件的適應(yīng)性方面存在一定的差異；而具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征的對數(shù)周期天線,常用于微波波段的研究和應(yīng)用,近兩年也在紅外波段得到了研究,不僅保持了其良好的帶寬和增益等原有特性,還展現(xiàn)出在傳感等應(yīng)用潛力。而本論文則基于有限元方法(Finite-Element Method, FEM)對膜耦合對數(shù)周期光學(xué)天線吸收器件在近紅外光波段的吸收特性,進(jìn)行了系統(tǒng)性地?cái)?shù)值建模和仿真研究,以實(shí)現(xiàn)并證明其潛在具備的良好吸收性能和潛在應(yīng)用價值。數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)入射光線以橫電波模式(TE偏振)和橫磁波模式(TM偏振)垂直入射時,該光學(xué)吸收器件均在波長為1280nm附近出現(xiàn)了最大的吸收特性,分別達(dá)到了95%和93%,并且能夠同時實(shí)現(xiàn)兩種模式吸收效率90%以上的理想吸收情況；而當(dāng)光線非垂直入射時,該吸收峰仍能在±85°范圍內(nèi)保持60%以上的吸收效率。這表明,膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件在近紅外光波范圍具有高效的吸收效率；并且,當(dāng)光線垂直入射的條件時,該高效吸收峰與光線本身的偏振方向無關(guān),體現(xiàn)出該結(jié)構(gòu)適應(yīng)外界條件方面的能力；同時,該高效吸收峰也能在入射光線的角度發(fā)生變化時顯示出良好的廣角特性,進(jìn)一步增強(qiáng)了該結(jié)構(gòu)對外界條件的兼容性,并與其他眾多吸收器結(jié)構(gòu)相比中展現(xiàn)出其優(yōu)越性。本課題還借助電磁物理場的空間截面圖以及對照組的設(shè)置,探討并指明了膜耦合對數(shù)周期光學(xué)天線吸收器件能夠具備高效吸收效率的原因,包括光學(xué)天線電荷集聚而產(chǎn)生的電場增強(qiáng)效應(yīng)、天線與金屬平面層在介質(zhì)層間的磁場諧振效應(yīng)；其中,前者更多決定了吸收器件的吸收效率,后者更多貢獻(xiàn)于吸收峰的位置確定,即存在差異性的貢獻(xiàn)。此外,研究中還發(fā)現(xiàn)該對數(shù)周期光學(xué)吸收器件具有高階吸收峰特性：首先,在高階吸收峰處展現(xiàn)出了明顯的偏振選擇特性,而該特性也由于結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對稱而具備一定的周期性；當(dāng)光線非垂直入射時,僅有特定波長范圍且在狹小的角度內(nèi)的光線能夠幾乎完全地限制于該光波吸收器中,展現(xiàn)了該吸收器對特定波長和方向的選擇特性。綜上所述,本課題完成了對膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件在近紅外波段的吸收特性研究,證明了該吸收器結(jié)構(gòu)能夠呈現(xiàn)出完美的吸收特性(包括高效吸收率、偏振無關(guān)以及廣角特性),點(diǎn)出了該吸收器結(jié)構(gòu)具備的優(yōu)質(zhì)特性為光熱發(fā)電、紅外探測等領(lǐng)域提供了新的可行性方案和應(yīng)用價值,最終通過系統(tǒng)的研究方案、充分的研究成果,實(shí)現(xiàn)了本課題的研究意義。
【關(guān)鍵詞】：表面等離子光子學(xué) 光學(xué)吸收器 對數(shù)周期納米天線 吸收
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 表面等離子激元的歷史發(fā)展情況12
• 1.1.2 電磁波譜及各波段電磁波的形成機(jī)理12-14
• 1.2 表面等離子激元在光學(xué)吸收器件領(lǐng)域的研究進(jìn)展14-15
• 1.3 對數(shù)周期天線在各電磁波段的研究進(jìn)展15-16
• 1.4 金屬-電介質(zhì)-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的介紹與研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 本論文的研究意義和主要內(nèi)容18-20
• 第二章 表面等離子激元的基本概念和物理機(jī)制20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 表面等離子激元的分類情況20-21
• 2.3 表面等離子激元的色散關(guān)系推導(dǎo)和對應(yīng)曲線21-24
• 2.3.1 金屬材料的介電常數(shù)Drude模型21-22
• 2.3.2 金屬-介質(zhì)界面處的表面等離子激元特征22-24
• 2.4 表面等離子激元的特征參數(shù)24-25
• 2.4.1 表面等離子激元的橫向波長λsp24-25
• 2.4.2 表面等離子激元的橫向傳播距離Lsp25
• 2.4.3 表面等離子激元的穿透深度δm和δd25
• 2.5 表面等離子激元的激發(fā)方式25-26
• 2.5.1 表面等離子激元的光學(xué)激發(fā)26
• 2.5.2 表面等離子激元的電子激發(fā)26
• 2.6 本章總結(jié)26-28
• 第三章 金屬納米光學(xué)天線的理論方法及校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)28-36
• 3.1 引言28
• 3.2 金屬納米光學(xué)天線的理論計(jì)算方法28-32
• 3.2.1 有限元法(Finite Element Method,FEM)28-29
• 3.2.2 時域有限差分法(Finite Difference Time Domain Method,FDTD)29-30
• 3.2.3 離散偶極子近似法(Discrete Dipole Approximation,DDA)30-31
• 3.2.4 邊界元法(Boundary Element Method,BEM)31
• 3.2.5 嚴(yán)格耦合波分析法(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)31-32
• 3.2.6 多重多極矩法(Multiple Multipole,MMP)32
• 3.2.7 矩量法(Moment Methods,MoM)32
• 3.3 基于仿真軟件的有限元方法(FEM)的優(yōu)化情況32-34
• 3.4 基于仿真軟件的背景場法(BACKGROUND METHOD)的實(shí)現(xiàn)情況34-35
• 3.5 本章總結(jié)35-36
• 第四章 基于膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的吸收特性研究36-54
• 4.1 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的結(jié)構(gòu)介紹36-38
• 4.2 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的數(shù)值仿真結(jié)果與分析38-48
• 4.2.1 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的吸收特性曲線38-42
• 4.2.2 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的幾何參數(shù)規(guī)律結(jié)果分析42-45
• 4.2.3 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件在非垂直入射光線下的吸收特性情況45-48
• 4.3 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的物理機(jī)制探討48-52
• 4.3.1 膜耦合對數(shù)周期光學(xué)吸收器件的電磁場分布情況48-51
• 4.3.2 對照組：膜耦合三角形周期光學(xué)吸收器件的電磁場分布情況51-52
• 4.4 本章總結(jié)52-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 結(jié)論總結(jié)54-55
• 5.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-64
• 作者簡歷及在學(xué)成果64

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  本文關(guān)鍵詞：對數(shù)周期光學(xué)天線的近紅外吸收特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：354223