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

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