【摘要】：表面等離激元(Surface Plasmon Polariton,SPP),是金屬表面自由電子在外加電磁場的誘導下產(chǎn)生的集體共振。它是一種沿金屬-介質(zhì)分界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娌?其橫向尺寸為亞波長量級,具有低維度、高強度與亞波長尺度的特性。自從被發(fā)現(xiàn)以來,表面等離激元便因其獨特的光學特性吸引了許多科研工作者的目光。這些獨有的特性使它在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛地應用,包括亞波長結(jié)構(gòu)的增透效應、數(shù)據(jù)存儲、近場光學、提升表面增強拉曼散射和超分辨率成像等。表面等離激元作為連接電子學與光子學的天然紐帶,研究其高效的激勵機制及傳輸機制對于在亞波長尺度上操控電磁波具有重要的意義。本文基于超薄人工金屬光柵條帶波導結(jié)構(gòu),圍繞人工表面等離激元模式與自由空間傳播模式之間的“模式轉(zhuǎn)換”展開了一系列研究。通過探索亞波長人工波導結(jié)構(gòu)特殊的傳輸特性,尋求在調(diào)控人工表面等離激元及空間波轉(zhuǎn)換間的新耦合機制。本文的主要內(nèi)容如下:1.將相位反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)引入雙層人工表面等離激元波導中,在相鄰的反轉(zhuǎn)單元間形成π的相位差,通過周期的突變結(jié)構(gòu)激勵高次模產(chǎn)生定向輻射。利用結(jié)構(gòu)上的變化導致沿其傳輸?shù)谋砻娌óa(chǎn)生高次模,在結(jié)構(gòu)不連續(xù)處產(chǎn)生漏波輻射。2.提出將折射梯度單元理論用于解決在傳導模式下人工表面等離激元的色散相位補償問題;基于超表面單元的相位調(diào)制,設計一維折射梯度輻射陣列,可有效地將人工表面等離激元模式轉(zhuǎn)化為自由空間波。3.提出雙線人工表面等離波導微腔結(jié)構(gòu),通過分析微腔內(nèi)FP模式與表面等離激元模式的相互作用、計算色散關(guān)系及模場分布,揭示雙線人工表面等離激元微腔中兩種模式的物理特性,并利用微腔結(jié)構(gòu)的對稱模式設計雙路功分饋電網(wǎng)絡。4.利用雙線傳輸波導的遠場耦合效應,以激勵表面等離激元的反對稱模式形成輻射;通過在平行雙線微腔內(nèi)嵌入V型超表面單元,其對稱破缺單元將會與微腔共振耦合,激勵起反對稱表面等離激元模式,探索其中的輻射機理。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN814
【圖文】：

邐（１－２０）逡逑ＫＩ逡逑如圖１－２所示，ＳＰＰ是一種在金屬與介質(zhì)面上激發(fā)并耦合的電磁振蕩。并且，場隨逡逑著其與材料表面的距離而呈指數(shù)形式衰減，場矢量在界面處達到最大，倏逝波的衰減長逡逑度量化了表面波的傳播深度，如圖１－３所示。同時，ＳＰＰ是一種ＴＭ極化波，即橫波，逡逑其磁場矢量與傳播方向垂直，與界面平行，而電場矢量則垂直于界面。這種在與表面垂逡逑直的方向上傳播的能量場又稱為近場或者是消逝場，表明了邋ＳＰＰ在垂直于分界面方向上逡逑能量被束縛在沿著分界面延伸方向傳輸，因此ＳＰＰ的傳輸模式具有較好的束縛性。逡逑５逡逑

邐（１－２２）逡逑Ｃ邋ｙ邋６：，邋＋逡逑如圖１－４所示：逡逑＂邐Ｌｉｇｈｔ邋Ｌｉｎｅ邋，？逡逑－邋／’逡逑，逡逑ｍ邐，逡逑－邐／逡逑－邐，’邋（0邋＝邋（0ｐ／４２逡逑Ｉ：邐逡逑？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋＇邋Ｉ邋？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋■邋Ｉ邋＇邋Ｉ邋？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋＇邋Ｉ逡逑０．０邋０．１邋０．２邋０．３邋０．４邋０．５邋０．６邋０．７邋０．８邋０．９邋１．０逡逑ｋｄ／７１逡逑圖１－４金屬－介質(zhì)交界面的色散曲線逡逑從圖丨＿４中可以看到光波的波矢大于ＳＰＰ的波矢，在光滑的金屬－介質(zhì)界面上，光逡逑和ＳＰＰ無法直接相互耦合，因此ＳＰＰ不能直接被激發(fā)。圖１－４中斜直線代表入射光的波逡逑矢女。，由圖中可以看出，ＳＰＰ的色散曲線總是位于入射光的右側(cè)，二者沒有交點。在相逡逑６逡逑

Ｍｅｔａｌ邐＾逡逑圖１－３邋（ａ）邋ＳＰＰ在金屬－介質(zhì)交界面的場分布；（ｂ）邋ＳＰＰ的場分布隨著其與材料表面的距離而呈指逡逑數(shù)形式衰減。逡逑返回到磁場的波動方程，可以得到：逡逑ｄ＾）２－ｋ】（ｉ邋＝邋ｌ，２）邐（１－２１）逡逑Ｃ逡逑聯(lián)立方程（１－１９）和（１－２０），可以得到ＳＰＰ在金屬介質(zhì)界面上的色散方程：逡逑ｋｘ＝－邋１－＾－邐（１－２２）逡逑Ｃ邋ｙ邋６：，邋＋逡逑如圖１－４所示：逡逑＂邐Ｌｉｇｈｔ邋Ｌｉｎｅ邋，？逡逑－邋／’逡逑，逡逑ｍ邐，逡逑－邐／逡逑－邐

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 湯文軒;張浩馳;崔鐵軍;;人工表面等離激元及其在微波頻段的應用[J];電子與信息學報;2017年01期

2 劉昶時,施維林;表面等離激元共振生物傳感分析及應用[J];光譜實驗室;2004年02期

3 高治文，陳麗娜，趙景星，于新，周素瓊，謝文章;表面等離激元共振[J];大學物理實驗;1994年02期

4 邵磊;阮琦鋒;王建方;林海青;;局域表面等離激元[J];物理;2014年05期

5 ;北京大學物理學院聚焦表面等離激元研究取得重要進展[J];北京大學學報(自然科學版);2011年01期

6 ;聚焦表面等離激元研究取得進展[J];光機電信息;2011年01期

7 韓亞娟;張介秋;李勇峰;王甲富;屈紹波;張安學;;基于微波表面等離激元的360°電掃描多波束天線[J];物理學報;2016年14期

8 王振林;;表面等離激元研究新進展[J];物理學進展;2009年03期

9 孫雪菲;王鹿霞;;分子激發(fā)中的表面等離激元增強效應[J];物理學報;2014年09期

10 丁晶新;方銀飛;郭超修;楊嵐;夏勇;尹亞玲;印建平;;基于表面等離激元場的分子反射鏡的理論研究[J];物理學報;2014年21期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王馳;鄭海榮;吳燕妮;李彩霞;;納米方盤—方框結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振特性[A];2015 年（第七屆）西部光子學學術(shù)會議論文集[C];2015年

2 張兵臨;;表面增強喇曼散射的受迫表面等離激元模型[A];第二屆全國光散射學術(shù)會議論文集（上）[C];1983年

3 黃鐵軍;湯恒河;譚云華;劉濮鯤;;基于人工表面等離激元的太赫茲超聚焦探針[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2017年

4 張超;周永金;王衛(wèi)賓;楊柳;肖前循;;基于人工局域表面等離激元的微流體乙醇傳感器[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2017年

5 沈少鑫;單潔潔;陳慧玉;楊明明;趙峰;周勇亮;楊志林;;多模式耦合的表面等離激元增強二次諧波機理研究[A];第十八屆全國光散射學術(shù)會議摘要文集[C];2015年

6 林潔;路云寧;高韶燕;;利用表面等離激元增強耦合效應實現(xiàn)高靈敏度傳感[A];第十六屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2014年

7 鄭斌;楊怡豪;沈煉;陳紅勝;;基于超表面的微波表面等離激元控制[A];2018年全國微波毫米波會議論文集(上冊)[C];2018年

8 陳舒;孟令雁;沈少鑫;趙峰;駱洋;楊志林;;表面等離激元的可控激發(fā)及增強光譜研究[A];第十八屆全國光散射學術(shù)會議摘要文集[C];2015年

9 劉博文;陳舒;姚旭;劉守;楊志林;王磊;任斌;;可靈活調(diào)節(jié)的表面等離激元結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及其應用[A];第十九屆全國光散射學術(shù)會議摘要集[C];2017年

10 陳旭東;洪煒;;表面等離激元增強/抑制共軛聚合物發(fā)光研究[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第二十一分會：π-共軛材料[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 記者 李山;德研發(fā)出世界首個表面等離激元電路[N];科技日報;2013年

2 劉霞;新型納米激光探測技術(shù)靈敏度高成本低[N];科技日報;2016年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 高龍;基于微納加工的表面等離激元光子回路和熱效應探測研究[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2018年

2 潘柏操;人工表面等離激元傳輸特性研究[D];東南大學;2017年

3 徐俊s

本文編號：2800844