隨著納米光學(xué)的發(fā)展,表面等離激元、光學(xué)天線、超材料、超表面等新概念相繼出現(xiàn),人們通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波場(chǎng)的強(qiáng)大調(diào)控,表現(xiàn)出了新穎的光學(xué)性能,實(shí)現(xiàn)了各種新型的微納光電子功能器件。多層膜結(jié)構(gòu)作為一種經(jīng)典而又基本的結(jié)構(gòu),在光場(chǎng)調(diào)控方面一直發(fā)揮著重要作用。最早的介質(zhì)多層膜結(jié)構(gòu)基于干涉原理可以用于光學(xué)濾波、光學(xué)增反與增透。將人造單元結(jié)構(gòu)以特定方式排列形成的具有特殊電磁特征的超材料（Metamaterial）,可以實(shí)現(xiàn)天然材料所不具備的負(fù)折射、0折射、雙曲色散等超常物理性質(zhì)。等效介質(zhì)理論（EffectMedium Theory,EMT）是解析多層膜結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)特性的重要理論,可以對(duì)宏觀多層膜進(jìn)行均勻化,用有效材料參數(shù)來(lái)表征它們。然而,近期的研究指出:在特定情況下,EMT應(yīng)用在全介質(zhì)深亞波長(zhǎng)多層膜結(jié)構(gòu)中時(shí)會(huì)逐漸失效。此外,利用多層膜結(jié)構(gòu)的表面模式是實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)調(diào)控的另一重要方式。其中應(yīng)用最為廣泛的表面等離激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）,被用于構(gòu)造 Plasmonic Lens 實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)聚焦。為了克服SPP的傳輸損耗,存在于介質(zhì)多層膜中的表面布洛赫波（Blo... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２磁場(chǎng)切向分量的躍變??

?（１．１１ｂ）??邊值關(guān)系（１．１?ｌａ）和（１．１?ｌｂ）是解析平板結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)問題的基礎(chǔ)。首先，我們由邊值??關(guān)系求解電磁波在單一界面上的反射折射。如圖１．４所示，設(shè)平面電磁波從介質(zhì)??１入射到界面上，產(chǎn)生反射波和折射波，選取界面為平面ｚ?＝?０。入射波、反射波??和折射波的電場(chǎng)分別為總／｜?？、戽代入式（Ｕ?ｌａ）中的邊界條件可得??ｎ?ｘ?｛Ｅ／ｋ＇ｒｒ?＋?Ｅ＇＾＇７）?＝?／７?ｘ?Ｅ２＾ｒｒ?（１．１２）??式（１．１２）必須對(duì)整個(gè)界面成立，因此三個(gè)指數(shù)因子必須在平面上任意點(diǎn)相等。假??設(shè)波矢沒有ｙ方向的分量，由于位置矢量選取的任意性，三個(gè)波矢在ｘ軸的投影??必須相等，因此０?＝爽，勻ｓｉｎ６５?＝無(wú)２?ｓｉｎ＜９２。??／?ｋ２??－：ｐｔ?．２ｖ??圖１．４平面電磁波在界面上的反射折射??假設(shè)電場(chǎng)垂直于入射面，磁場(chǎng)在入射面內(nèi)（ＴＥ偏振），應(yīng)用切向連續(xù)條件可得??Ｅ，＋Ｅ＼＝Ｅ２?（１．１３）??Ｈｘ?ｃｏｓ?６Ｘ?－?Ｈｘ?ｃｏｓ?９Ｘ?＝?Ｈ２?ｃｏｓ?９２?（１．１４）??由于我們所討論的都是良導(dǎo)體內(nèi)的情形，因此／ｉ?＝?ｌ，由式（１．８）可得＝??用＾?＝?ｈ代表介質(zhì)折射率

們開始利用各種各樣的人造單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的功能。其中，由金屬一介質(zhì)交替??的多層膜結(jié)構(gòu)組成的雙曲材料［４８］可以提供天然材料所不具備的雙曲色散特性，??如圖１．８（ａ）所示。利用這樣的雙曲色散，ＲｕｂｅｎＭａａｓ將銀一氮化硅薄片復(fù)合在可??見光波段構(gòu)造了?〇介電系數(shù)材料［３７］（圖１．８ｂ）。Ｈｏｆｆｍａｎ利用半導(dǎo)體超材料在紅??外波段實(shí)現(xiàn)了負(fù)折射［５１?（圖１．８ｃ）。Ｌｉｕ等人將銀一氧化鋁交替的多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)??行彎曲做成超透鏡，實(shí)現(xiàn)了超衍射極限的成像［２３］（圖１．８ｄ）。??除此之外，利用多層膜結(jié)構(gòu)的表面模式是實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)調(diào)控的另一重要方式。其??中應(yīng)用最為廣泛的存在于金屬一介質(zhì)界面的表面等離激元（Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｐｌａｓｍｏｎ??Ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ），被用于構(gòu)造?ＰｌａｓｍｏｎｉｃＬｅｎｓ?實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)聚焦［３８，４９］。圖?１．９⑷（ｂ）分??別為同心圓環(huán)與阿基米德螺線環(huán)結(jié)構(gòu)下的Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ。對(duì)于Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ，??ＳＰＰ的傳輸損耗是限制近場(chǎng)能量聚焦的關(guān)鍵因素。為了克服ＳＰＰ的傳輸損耗，存??在于介質(zhì)多層膜中的表面布洛赫波（Ｂｌｏｃｈ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｗａｖｅ，?ＢＳＷ）基于其低損耗特??性被用來(lái)構(gòu)造ＢＳＷ?Ｌｅｎｓ實(shí)現(xiàn)表面布洛赫波的近場(chǎng)聚焦（圖丨．９ｃ）。同樣，??１１??


本文編號(hào)：3127371