本文關(guān)鍵詞：基于類表面等離激元共振的亞波長微波波導(dǎo)研究

  更多相關(guān)文章： 亞波長波導(dǎo) 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(shù)的不斷發(fā)展,人們對高集成的光子及微波器件關(guān)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(diǎn)。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(jié)構(gòu)的形式及幾何參數(shù)來實(shí)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(dǎo)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(jié)構(gòu)并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn),并詳細(xì)地分析了一維有限厚金屬周期表面凹槽結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)之間的關(guān)系。此外,我們開展直接的微波實(shí)驗測量,測量了一階模式與二階模式的色散曲線,與計算結(jié)果相符。我們同時研究了二維金屬表面凹槽所對應(yīng)反結(jié)構(gòu)(即金屬方柱陣列)中產(chǎn)生spoof SPP的情況,研究了這種結(jié)構(gòu)的色散特性,理論與數(shù)值結(jié)果較為吻合。本文進(jìn)一步研究了有限長一維周期凹槽卷起來繞成圓柱狀結(jié)構(gòu)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(guān)系,同時分別仿真分析了二維結(jié)構(gòu)與三維結(jié)構(gòu)情況的共振現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,提出了一種新的復(fù)合結(jié)構(gòu),討論了其中的模式耦合情況,并仿真分析了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)中的模式競爭所致的Fano共振現(xiàn)象。擴(kuò)展到實(shí)際應(yīng)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(dǎo)的一種新型波導(dǎo)—‘'spoof-insulator-spoof'(SIS)波導(dǎo)—被提出。我們討論了這種波導(dǎo)的色散曲線與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,并從理論與仿真兩方面進(jìn)行了對比。最后,本文研究了spoof LSP諧振器與SIS波導(dǎo)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(dǎo)。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(dǎo)及輻射通道)耦合的多模耦合模理論,通過適當(dāng)選取共振模的階數(shù),給出了與數(shù)值結(jié)果相符的理論預(yù)測。
【關(guān)鍵詞】：亞波長波導(dǎo) 表面等離激元 有限元法 色散特性 多模耦合模理論
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)20-21
• 第3章 周期溝槽表面結(jié)構(gòu)的SPP特性研究21-34
• 3.1 常見人工金屬表面結(jié)構(gòu)21-23
• 3.2 一維金屬周期性波紋表面結(jié)構(gòu)的色散研究23-25
• 3.3 有限厚一維金屬表面溝槽結(jié)構(gòu)的色散仿真及實(shí)驗25-29
• 3.3.1 有限厚一維金屬表面周期溝槽結(jié)構(gòu)的色散仿真25-27
• 3.3.2 有限厚一維金屬表面周期溝槽結(jié)構(gòu)的色散實(shí)驗27-29
• 3.4 spoof-insulator-spoof(SIS)波導(dǎo)的色散特性29-30
• 3.5 二維柱狀金屬陣列排布結(jié)構(gòu)的色散特性30-33
• 3.6 本章小結(jié)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(jié)構(gòu)的特性研究36-39
• 4.3 本章小結(jié)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(shí)例介紹42-50
• 5.3 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-53
• 參考文獻(xiàn)53-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58-60
• 致謝60

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