本文關鍵詞：基于FDTD方法的亞波長結構超透射現象研究

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【摘要】：一直以來,不同媒質分界面處的反射都是困擾工程應用的大問題,例如太陽能電池,基片表面產生反射,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現象(Extraordinary optical Transmission:EoT)以來,研究人員一直在探尋其背后的機理。其中被廣泛認可的理論認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構體的另一面并輻射出去,這就出現了透射增強的現象。此種結構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現象研究的深入,發(fā)現光入射到刻有浮雕圖案的金屬亞波長結構時,也會產生入射光和反射光共振透射或共振吸收的超透射現象。工業(yè)應用中基片均是介質材料而非金屬,在此基礎上本文提出二維周期排布的硅介質亞波長浮雕結構。結合輔助微分方程(Auxiliary Differential Equation:ADE)、時域有限差分(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,故首先將一般材料的FDTD基本理論與ADE方法進行結合,并引入色散材料的介質參數。推導出色散材料的ADE-FDTD差分格式以及一些ADE-FDTD的關鍵技術與色散媒質的結合,并用算例驗證了該算法的有效性和正確性。其次,本文研究的亞波長結構屬于周期結構,故需要引入周期結構的基本理論,并將該理論與ADE-FDTD方法銜接起來,使之能夠運用到FDTD的計算當中。從而推導出引入周期邊界后的ADE-FDTD計算方法。最后利用上述ADE-FDTD方法和迭代FDTD方法對周期的介質亞波長浮雕結構加以理論分析,并改變結構的一些變量如浮雕材料、浮雕結構,以探究其對亞波長結構諧振峰的影響。
【關鍵詞】：EOT 亞波長結構 輔助微分方程 迭代FDTD
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.3;O175
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 亞波長結構簡介8-10
• 1.1.1 亞波長結構的研究背景及意義8-9
• 1.1.2 亞波長陣列結構的分析方法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方法的數值穩(wěn)定性條件22-24
• 2.1.4 FDTD方法的源24-26
• 2.2 周期結構基本理論26-28
• 2.2.1 Floquet基本理論26-27
• 2.2.2 周期結構的FDTD計算方法27-28
• 第三章 色散媒質的FDTD方法28-37
• 3.1 色散媒質及其模型28-29
• 3.2 色散媒質的ADE-FDTD方法29-31
• 3.3 色散媒質的UPML引入31-34
• 3.4 數值算例34-37
• 第四章 周期結構的FDTD方法37-42
• 4.1 周期結構的周期邊界引入37-39
• 4.2 周期結構的斜入射迭代FDTD算法39-42
• 第五章 亞波長結構的超透射現象分析42-54
• 5.1 亞波長結構的提出42-43
• 5.2 亞波長結構建模43-45
• 5.3 亞波長結構的材料參數選取45-47
• 5.4 亞波長結構的散射特性分析47-54
• 5.4.1 單個周期單元的散射特性分析47-49
• 5.4.2 亞波長結構的超透射現象分析49-54
• 第六章 總結與展望54-56
• 6.1 本文工作總結54-55
• 6.2 展望和建議55-56
• 參考文獻56-62
• 致謝62-63
• 攻讀碩士學位期間研究成果63

【共引文獻】

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 滕雁;高效同軸相對論返波管研究[D];清華大學;2010年

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

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本文編號：908128