基于類表面等離激元共振的亞波長微波波導研究
本文關鍵詞:基于類表面等離激元共振的亞波長微波波導研究
更多相關文章: 亞波長波導 表面等離激元 有限元法 色散特性 多模耦合模理論
【摘要】:隨著信息技術的不斷發(fā)展,人們對高集成的光子及微波器件關注熱度逐近攀升,其中表面等離激元(surface plasmon, SP)更是成為研究的熱點。SP是沿金屬與介質(zhì)交界面?zhèn)鞑サ碾姶殴舱駪B(tài),其工作頻率一般在可見光和近紅外區(qū)域。人工表面等離激元(spoof SP)可以拓寬工作頻率,本文主要研究如何通過人工結構的形式及幾何參數(shù)來實現(xiàn)微波和太赫茲頻率SPs的傳輸控制。本文從表面等離子激元的兩大特性出發(fā),來了解金屬波導內(nèi)表面的SPs傳播模式。表面等離激元一般可分為局域表面等離激元(Localized surface plasmon, LSP)與表面等離極化激元(surface plasmon polariton,SPP)。本文首先介紹了幾種產(chǎn)生spoof SPP的人工結構并總結了各自的優(yōu)缺點,并詳細地分析了一維有限厚金屬周期表面凹槽結構表面模的基本特性,并用有限元數(shù)值方法驗證了spoof SPP的傳輸特性與該結構的幾何參數(shù)之間的關系。此外,我們開展直接的微波實驗測量,測量了一階模式與二階模式的色散曲線,與計算結果相符。我們同時研究了二維金屬表面凹槽所對應反結構(即金屬方柱陣列)中產(chǎn)生spoof SPP的情況,研究了這種結構的色散特性,理論與數(shù)值結果較為吻合。本文進一步研究了有限長一維周期凹槽卷起來繞成圓柱狀結構的特性,即其中的spoof LSP特性。從理論出發(fā)研究其共振峰的位置與幾何參數(shù)的關系,同時分別仿真分析了二維結構與三維結構情況的共振現(xiàn)象。在此基礎上,提出了一種新的復合結構,討論了其中的模式耦合情況,并仿真分析了這種復合結構中的模式競爭所致的Fano共振現(xiàn)象。擴展到實際應用中時,為了將spoof SPP緊密的束縛在更小的尺寸范圍,類比SP狹縫波導的一種新型波導—‘'spoof-insulator-spoof'(SIS)波導—被提出。我們討論了這種波導的色散曲線與結構的關系,并從理論與仿真兩方面進行了對比。最后,本文研究了spoof LSP諧振器與SIS波導之間的不對稱多模耦合現(xiàn)象。模型組件是spoof LSP諧振器與兩個SIS波導。并從哈密頓量出發(fā),發(fā)展了可以完整地描述多個諧振模式和它們跟外界電磁環(huán)境(包括波導及輻射通道)耦合的多模耦合模理論,通過適當選取共振模的階數(shù),給出了與數(shù)值結果相符的理論預測。
【關鍵詞】:亞波長波導 表面等離激元 有限元法 色散特性 多模耦合模理論
【學位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:TN814
【目錄】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-9
- 第1章 緒論9-14
- 1.1 課題背景及研究意義9-10
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析10-12
- 1.3 本論文主要研究內(nèi)容12-14
- 第2章 表面等離極化激元基本理論及研究方法14-21
- 2.1 表面等離極化激元的基本理論14-18
- 2.1.1 光波段的表面等離極化激元14-17
- 2.1.2 微波波段的表面等離極化激元17
- 2.1.3 表面等離極化激元的特征長度17-18
- 2.2 耦合模理論(CMT)18-19
- 2.3 數(shù)值仿真19-20
- 2.4 本章小結20-21
- 第3章 周期溝槽表面結構的SPP特性研究21-34
- 3.1 常見人工金屬表面結構21-23
- 3.2 一維金屬周期性波紋表面結構的色散研究23-25
- 3.3 有限厚一維金屬表面溝槽結構的色散仿真及實驗25-29
- 3.3.1 有限厚一維金屬表面周期溝槽結構的色散仿真25-27
- 3.3.2 有限厚一維金屬表面周期溝槽結構的色散實驗27-29
- 3.4 spoof-insulator-spoof(SIS)波導的色散特性29-30
- 3.5 二維柱狀金屬陣列排布結構的色散特性30-33
- 3.6 本章小結33-34
- 第4章 局域類表面等離激元的特性研究34-40
- 4.1 局域類表面等離激元的共振特性34-36
- 4.2 多尺度局域類表面等離激元結構的特性研究36-39
- 4.3 本章小結39-40
- 第5章 不對稱多模耦合系統(tǒng)傳輸特性研究40-51
- 5.1 不對稱多模耦合理論分析40-42
- 5.2 不對稱多模耦合理論實例介紹42-50
- 5.3 本章小結50-51
- 結論51-53
- 參考文獻53-58
- 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文58-60
- 致謝60
【相似文獻】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 唐利;高逸暉;;控制殷鋼波導變形的工藝方法[J];電子工藝技術;2009年04期
2 馬書燮;;光在周期分割的波導中的混沌行為[J];河南師范大學學報(自然科學版);2013年02期
3 黃宏嘉;遠程波導不規(guī)則性的普遍理論[J];電子學學報;1962年01期
4 潘中偉,劉成國,郭麗;東南沿海波導結構的預報方法[J];電波科學學報;1996年03期
5 周海京,丁武,林為干,周傳明;任意截面波導中截止波長測試的一種新方法[J];強激光與粒子束;1999年04期
6 郭偉,金仲和,唐衍哲,徐貽斌,崔忠升,王躍林;一種新結構的硅基無源環(huán)形波導式諧振腔[J];半導體光電;2003年01期
7 張中熙;楊鴻生;馬江鐳;陸鐘祚;;圓形-矩形雙槽波導結構的進一步研究[J];真空電子技術;1993年05期
8 張立剛;寧輝;邵浩;陳昌華;宋志敏;;矩形開口波導天線特性的數(shù)值模擬[J];強激光與粒子束;2009年04期
9 高福斌,張平,金鋒,葉成,馮知明;極化聚合物薄膜波導的光學特性[J];發(fā)光學報;1999年02期
10 朱小平;胡斌杰;韋崗;;等離子體圓柱波導的頻率相關性[J];微波學報;2006年01期
中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 梁華偉;阮雙琛;張敏;蘇紅;權潤愛;史學舜;;彎曲波導耦合理論研究[A];第九屆全國光電技術學術交流會論文集(上冊)[C];2010年
2 張玲芬;;左手介質(zhì)圓柱形波導的模式特性分析[A];2009年全國天線年會論文集(上)[C];2009年
3 趙柳;劉慶想;李相強;李軍;;徑向波導模式分析[A];四川省電子學會高能電子學專業(yè)委員會第四屆學術交流會論文集[C];2005年
4 曹斌照;許福永;;傅立葉展開-差分法分析H波導[A];2007年全國微波毫米波會議論文集(上冊)[C];2007年
5 龐拂飛;韓秀友;蔡海文;瞿榮輝;方祖捷;;溶膠-凝膠波導環(huán)形諧振腔的實驗研究[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學學術會議論文集[C];2005年
6 樊德森;;波導結和波導-喇叭輻射器分析導波數(shù)值邊界條件及其應用[A];1991年全國微波會議論文集(卷Ⅱ)[C];1991年
7 吳自浩;顧平;;大型組合變換波導加工工藝探析[A];中國電子學會生產(chǎn)技術學分會機械加工專業(yè)委員會第七屆學術年會論文集[C];1998年
8 張新定;賴冬梅;翁寶龍;;波導結構中的幾何光傳輸(英文)[A];第十五屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2012年
9 許雄;魏彥玉;沈飛;殷海榮;劉洋;黃民智;徐進;王戰(zhàn)亮;宮玉彬;王文祥;;正弦波導的電磁特性及其在太赫茲波段的應用[A];2011年全國微波毫米波會議論文集(下冊)[C];2011年
10 陳敘;李錫華;趙龍;李霞;王明華;;電場輔助擴散對玻璃離子交換波導的影響[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學學會2004年學術大會論文集[C];2004年
中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 陳朋鑫;硅基微環(huán)諧振器特性研究及其應用[D];浙江大學;2015年
2 廖家莉;微納硅波導中超短脈沖非線性傳輸特性研究[D];國防科學技術大學;2014年
3 方宜嬌;新型表面等離激元波導的耦合效應及其設計[D];南京大學;2011年
4 孔祥天;亞衍射表面等離激元波導的光學性質(zhì)[D];南開大學;2013年
5 趙懷成;波導縫隙天線陣列及功率合成波導透鏡天線的研究[D];南京理工大學;2011年
6 虞華康;納米線波導的非線性光學效應及應用研究[D];浙江大學;2013年
7 郭英楠;基于表面等離子體激元的微納波導的光控研究[D];大連理工大學;2014年
8 陳芝花;波導中模的漸近解及其在波傳播計算中的應用[D];浙江大學;2008年
9 廖紹偉;異向波導的研究[D];電子科技大學;2010年
10 朱君;微納結構中表面等離子體激元的放大與傳播研究[D];燕山大學;2014年
中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 徐洋洋;硅線波導中非線性光控光特性研究[D];電子科技大學;2014年
2 劉瑞;弱折射率波導布拉格光柵的研究[D];南京大學;2014年
3 張運波;波導型定向濾波器的研究與設計[D];電子科技大學;2014年
4 翟惠霖;混合等離子體波導結構中光傳播和場局域特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年
5 劉敏;可調(diào)諧自激振蕩曲折波導振蕩器的研究[D];電子科技大學;2014年
6 史桂美;過模波導模式轉(zhuǎn)換器的分析與設計技術研究[D];電子科技大學;2014年
7 李曉紅;基于Yb:YVO_4晶體的波導傳播特性及其激光調(diào)Q性質(zhì)研究[D];青島大學;2015年
8 李芊;基片集成非輻射介質(zhì)(SINRD)波導電路與器件研究[D];南京郵電大學;2015年
9 唐文龍;摻Yb~(3+)增益波導制作及波導激光器的實驗研究[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2015年
10 侯康;基于SOI波導結構的偏振控制器的設計優(yōu)化研究[D];北京理工大學;2016年
,本文編號:587523
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/wltx/587523.html