表面等離激元（Surface Plasmon,SPs）是金屬-介質(zhì)界面處自由電子的集體振蕩與傳播電磁波的耦合模式,SPs能夠打破傳統(tǒng)光學中衍射極限的限制,具有很強的局域電磁場增強效應。由于SPs獨特的電磁特性,在能源、生物醫(yī)學、信息等領域展現(xiàn)出了極大的應用前景。而基于表面等離激元的金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構的超材料可以將光場高度局域在納米尺度的中間介質(zhì)層的微腔內(nèi),并在特定的頻段實現(xiàn)寬波段和窄帶的完美吸收增強特性,且超材料器件因集成度高、體積小、成本低等優(yōu)點,在太陽能電池、生物傳感等領域都得到了廣泛的應用。本論文介紹了表面等離激元的機理,以及基于表面等離激元設計的金屬-介質(zhì)-金屬超材料的吸收器,在紫外-可見-近紅外波段具有良好的吸收效應,通過研究吸收器的結(jié)構設計、光學特性及其物理機理,進一步探索其在太陽能電池、傳感中的應用,論文具體包括以下幾個方面:1、介紹了表面等離激元的概念、色散關系、以及激發(fā)方式。并對兩種常用的計算電磁波的數(shù)值仿真方法有限元法（FEM）和時域有限差分法（FDTD）進行了相關的介紹。本文超材料吸收器的設計主要是運用時域有限差分法對結(jié)構進行了仿真模擬。2、設計了一種基于Au圓... 

【文章來源】：江西師范大學江西省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬-介質(zhì)界面等離激元電磁場分布圖[37]

基于表面等離激元金屬-介質(zhì)-金屬的超材料吸收器性質(zhì)研究5xizkmzxizkmmxxizkymmmeewAzEeekwAzEzeeAH010111（1-8）由邊界條件，金屬和介質(zhì)在界面處具有連續(xù)性可知：21AA，且012mdkk（1-9）一般情況下，電介質(zhì)材料的介電常數(shù)0d,由上式可知，金屬介電常數(shù)的實部0Rem，表面等離激元的產(chǎn)生必須在介電常數(shù)實部相反的兩種材料的分界面上，則磁場yH符合以下波動方程的關系式：ddmmkkkk20222022（1-10）將上述關系式代入（1-10）中，可以得到表面等離激元在金屬介質(zhì)分界面上的色散關系：dmdmsppkk0（1-11）對于TE模式的電磁波，由于電場和磁場的邊界條件中的場分量連續(xù)性，代入到波動方程中有零解，所以TE模式的電磁波不能在金屬介質(zhì)的表面上激發(fā)表面等離激元，只有TM模式的電磁波可以激發(fā)。圖1.2金屬-介質(zhì)界面處電磁場能量的指數(shù)衰減示意圖[39]

工程碩士專業(yè)學位論文6如圖所示，在金屬介質(zhì)界面處的SPPs電磁場能量在垂直于分界面呈指數(shù)形式衰減，可以知道其衰減系數(shù)為zdkem,圖中可以求得電磁場進入金屬m和介質(zhì)d中的趨膚深度為：SPPs在金屬里的趨膚深度為：212mmdmwc（1-12）SPPs在介質(zhì)里的趨膚深度為：212dmddwc（1-13）由于dm，所以SPPs在金屬和介質(zhì)里的趨膚深度情況是不一樣，在介質(zhì)里的趨膚深度要大于在金屬里的趨膚深度。一般情況下，在可見光和紅外線區(qū)域，SPPs對金屬的趨膚深度只有幾十納米，在介質(zhì)里的趨膚深度可以達到亞波長量級幾百納米。并且SPPs的場分布在金屬介質(zhì)界面處的附近分布，在界面處有著最大的場能量。1.2.3局域表面等離激元局域表面等離激元（LSPs）是單個金屬納米顆粒表面的自由電子在電磁場環(huán)境下的電場分量驅(qū)動下，會產(chǎn)生集體振蕩的現(xiàn)象，并局限在金屬納米顆粒表面附件的亞波長區(qū)域內(nèi)，如下圖1.3所示：圖1.3局域表面等離子體共振[40]當入射光照射在金屬納米顆粒表面時，金屬納米顆粒表面的自由電子往復運動產(chǎn)生集體振蕩。對于金屬納米顆粒表面產(chǎn)生表面等離激元的情況下，入射光


本文編號：2980057