本文關(guān)鍵詞：基于FDTD方法的亞波長結(jié)構(gòu)超透射現(xiàn)象研究

  更多相關(guān)文章： EOT 亞波長結(jié)構(gòu) 輔助微分方程 迭代FDTD

【摘要】：一直以來,不同媒質(zhì)分界面處的反射都是困擾工程應(yīng)用的大問題,例如太陽能電池,基片表面產(chǎn)生反射,降低了太陽能的利用率。至今為止,人們提出很多方法來克服這一問題,比較常見的有介質(zhì)涂層、表面紋理、絕熱折射率匹配等。自1998年Ebbesen小組首次在金屬薄膜亞波長孔徑陣列中觀察到透射增強(qiáng)現(xiàn)象(Extraordinary optical Transmission:EoT)以來,研究人員一直在探尋其背后的機(jī)理。其中被廣泛認(rèn)可的理論認(rèn)為入射光在金屬表面激發(fā)出表面等離激元(Surface Plasmon Polartions:SPPs),使得光能量通過孔徑之間的耦合作用耦合到結(jié)構(gòu)體的另一面并輻射出去,這就出現(xiàn)了透射增強(qiáng)的現(xiàn)象。此種結(jié)構(gòu)為研究增加器件表面的透射率提供了借鑒。隨著人們對于這種亞波長金屬孔徑陣列及其EoT現(xiàn)象研究的深入,發(fā)現(xiàn)光入射到刻有浮雕圖案的金屬亞波長結(jié)構(gòu)時(shí),也會產(chǎn)生入射光和反射光共振透射或共振吸收的超透射現(xiàn)象。工業(yè)應(yīng)用中基片均是介質(zhì)材料而非金屬,在此基礎(chǔ)上本文提出二維周期排布的硅介質(zhì)亞波長浮雕結(jié)構(gòu)。結(jié)合輔助微分方程(Auxiliary Differential Equation:ADE)、時(shí)域有限差分(Finite Difference of Time Domain, FDTD)法以及迭代FDTD方法對其散射特性加以研究,具體如下：由于本文使用的材料均是色散媒質(zhì),故首先將一般材料的FDTD基本理論與ADE方法進(jìn)行結(jié)合,并引入色散材料的介質(zhì)參數(shù)。推導(dǎo)出色散材料的ADE-FDTD差分格式以及一些ADE-FDTD的關(guān)鍵技術(shù)與色散媒質(zhì)的結(jié)合,并用算例驗(yàn)證了該算法的有效性和正確性。其次,本文研究的亞波長結(jié)構(gòu)屬于周期結(jié)構(gòu),故需要引入周期結(jié)構(gòu)的基本理論,并將該理論與ADE-FDTD方法銜接起來,使之能夠運(yùn)用到FDTD的計(jì)算當(dāng)中。從而推導(dǎo)出引入周期邊界后的ADE-FDTD計(jì)算方法。最后利用上述ADE-FDTD方法和迭代FDTD方法對周期的介質(zhì)亞波長浮雕結(jié)構(gòu)加以理論分析,并改變結(jié)構(gòu)的一些變量如浮雕材料、浮雕結(jié)構(gòu),以探究其對亞波長結(jié)構(gòu)諧振峰的影響。
【關(guān)鍵詞】：EOT 亞波長結(jié)構(gòu) 輔助微分方程 迭代FDTD
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O436.3;O175
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 亞波長結(jié)構(gòu)簡介8-10
• 1.1.1 亞波長結(jié)構(gòu)的研究背景及意義8-9
• 1.1.2 亞波長陣列結(jié)構(gòu)的分析方法9-10
• 1.2 FDTD方法簡介10-11
• 1.2.1 FDTD旅的研究背景10-11
• 1.2.2 FDTD方法的發(fā)展11
• 1.3 本文的內(nèi)容安排及主要工作11-13
• 第二章 基本理論13-28
• 2.1 FDTD方法基本知識13-26
• 2.1.1 Yee元胞及FDTD方法的基本差分格式13-17
• 2.1.2 FDTD方法的吸收邊界條件17-22
• 2.1.3 FDTD方法的數(shù)值穩(wěn)定性條件22-24
• 2.1.4 FDTD方法的源24-26
• 2.2 周期結(jié)構(gòu)基本理論26-28
• 2.2.1 Floquet基本理論26-27
• 2.2.2 周期結(jié)構(gòu)的FDTD計(jì)算方法27-28
• 第三章 色散媒質(zhì)的FDTD方法28-37
• 3.1 色散媒質(zhì)及其模型28-29
• 3.2 色散媒質(zhì)的ADE-FDTD方法29-31
• 3.3 色散媒質(zhì)的UPML引入31-34
• 3.4 數(shù)值算例34-37
• 第四章 周期結(jié)構(gòu)的FDTD方法37-42
• 4.1 周期結(jié)構(gòu)的周期邊界引入37-39
• 4.2 周期結(jié)構(gòu)的斜入射迭代FDTD算法39-42
• 第五章 亞波長結(jié)構(gòu)的超透射現(xiàn)象分析42-54
• 5.1 亞波長結(jié)構(gòu)的提出42-43
• 5.2 亞波長結(jié)構(gòu)建模43-45
• 5.3 亞波長結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)選取45-47
• 5.4 亞波長結(jié)構(gòu)的散射特性分析47-54
• 5.4.1 單個(gè)周期單元的散射特性分析47-49
• 5.4.2 亞波長結(jié)構(gòu)的超透射現(xiàn)象分析49-54
• 第六章 總結(jié)與展望54-56
• 6.1 本文工作總結(jié)54-55
• 6.2 展望和建議55-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 致謝62-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果63

【共引文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 滕雁;高效同軸相對論返波管研究[D];清華大學(xué);2010年

2 張玉強(qiáng);基于DSP的色散介質(zhì)FDTD算法及相關(guān)問題研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

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本文編號：908128