發(fā)布時(shí)間：2020-06-11 01:20

【摘要】：隨著精密加工技術(shù)的發(fā)展,光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)能夠達(dá)到微納米量級(jí)。光學(xué)微結(jié)構(gòu)包含了許多獨(dú)特的光學(xué)特性,受到越來(lái)越多研究人員的關(guān)注,從而衍生出許多新型交叉學(xué)科,比如近場(chǎng)光學(xué)、原子光學(xué)、表面等離子體光子學(xué)、光學(xué)晶格等。衍射作為基本且重要的光學(xué)現(xiàn)象,在光學(xué)領(lǐng)域是普遍存在的。本文從微納米層面出發(fā),研究了亞波長(zhǎng)金屬圓板及其陣列結(jié)構(gòu)的矢量衍射。概括了矢量光場(chǎng)的光學(xué)特性以及矢量光場(chǎng)和矢量光束方面的研究應(yīng)用,介紹了矢量衍射理論的基本原理,綜述了表面等離激元的特性及激發(fā)方式。用有限元法研究了線偏振平面波通過(guò)亞波長(zhǎng)薄圓板的矢量衍射。研究發(fā)現(xiàn),近場(chǎng)衍射區(qū)域不僅存在入射偏振分量,而且還存在其它兩個(gè)垂直方向的偏振分量。無(wú)論圓板的波長(zhǎng)與半徑之間的關(guān)系如何,衍射場(chǎng)都可以演化成穩(wěn)定的環(huán)形衍射圖樣,其中存在一個(gè)中心亮點(diǎn)(即所謂的泊松斑)。電場(chǎng)振幅平方與平均坡印廷矢量作為兩種強(qiáng)度表達(dá)式在傳播距離很小的情況下,其衍射特性有明顯的差異,而當(dāng)傳播距離較大時(shí)(如大于一個(gè)波長(zhǎng))可以認(rèn)為它們是相同的。無(wú)論波長(zhǎng)和圓板半徑什么關(guān)系,光強(qiáng)在中心軸線上隨傳播距離的增大都能演化成一個(gè)穩(wěn)定值。應(yīng)用矢量平面角譜法推導(dǎo)了線偏振高斯光束通過(guò)亞波長(zhǎng)圓板衍射場(chǎng)中光場(chǎng)的解析表達(dá)式,利用數(shù)值計(jì)算軟件Mathematic研究了消逝場(chǎng)和傳播場(chǎng)在近場(chǎng)衍射區(qū)域的演化,并與有限元法的研究結(jié)果進(jìn)行了比較。研究了圓板衍射的磁場(chǎng)特性,發(fā)現(xiàn)衍射區(qū)域磁場(chǎng)截面的二維分布圖樣與電場(chǎng)類(lèi)似,但是磁場(chǎng)在傳播方向上的演化與電場(chǎng)差異明顯。同時(shí),提出一種薄金屬圓板與原子耦合的混合系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)在薄金屬圓板100納米以內(nèi)形成了亞波長(zhǎng)勢(shì)阱,可以對(duì)單個(gè)或少量冷原子進(jìn)行囚禁。通過(guò)改變圓板參數(shù),可以對(duì)混合系統(tǒng)中原子勢(shì)阱的囚禁距離與勢(shì)阱體積進(jìn)行調(diào)控。研究結(jié)果對(duì)微納米光學(xué)器件與原子物理提供了一種新的混合系統(tǒng)方案。在單圓板矢量衍射的研究基礎(chǔ)上,提出了3×3金屬圓板陣列方案。首先,強(qiáng)調(diào)了仿真計(jì)算中波源和吸收邊界條件的設(shè)置問(wèn)題。其次,研究了不同入射波長(zhǎng)下圓板陣列附近的光場(chǎng)分布,分析了局域表面等離激元在圓板上的分布以及局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng),討論了吸收光譜在不同參數(shù)下的變化。重點(diǎn)研究了衍射光場(chǎng)的近場(chǎng)耦合與局域表面等離激元耦合的異同。最后討論了加入二氧化硅基底對(duì)光場(chǎng)光強(qiáng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O436.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 任娜;李志超;楊虎;;平面波經(jīng)矩孔衍射的矢量理論研究[J];激光雜志;2015年09期

2 常山;吳波;;矢量偏振光微圓孔矢量夫瑯禾費(fèi)衍射[J];上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào);2014年06期

3 鄭改革;詹煜;曹q;徐林華;;亞波長(zhǎng)金屬光柵結(jié)構(gòu)的制備與矢量衍射理論分析[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2013年07期

4 李光華;滕樹(shù)云;;小孔近場(chǎng)衍射的矢量與標(biāo)量角譜理論研究[J];山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

5 張振明;李康;孔凡敏;高暉;;采用銀納米圓盤(pán)陣列提高LED發(fā)光特性的研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

6 王振林;;表面等離激元研究新進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2009年03期

7 陳麗雅;印建平;;通過(guò)圓孔衍射實(shí)現(xiàn)冷分子(或冷原子)囚禁的光學(xué)偶極阱[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2007年10期

8 鄧小玖;李懷龍;劉彩霞;胡繼剛;王飛;;矢量衍射理論的比較研究及標(biāo)量近似的有效性[J];量子電子學(xué)報(bào);2007年05期

9 劉普生,呂百達(dá);非傍軸矢量高斯光束的圓屏衍射[J];物理學(xué)報(bào);2004年11期

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1 楊雙燕;光束的矢量性表征及其應(yīng)用[D];上海大學(xué);2014年

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1 李光華;圓孔近場(chǎng)衍射特性及其不同衍射理論方法的研究[D];山東師范大學(xué);2013年

2 李懷龍;矢量衍射理論的比較研究及其應(yīng)用[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：2707163