表面等離子體（SPs）具有沿著金屬表面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體激元（SPPs）和集中在金屬孔內(nèi)部的局域表面等離子體（LSPs）兩種呈現(xiàn)方式。表面等離子體光子學(xué)（Plasmonics）就是利用SPs的增強(qiáng)光學(xué)特性,在微納光子器件、光伏電池和光譜成像等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。近十年來,基于SPs效應(yīng)的新型微納器件設(shè)計形成了一支重要的研究方向。本工作使用時域有限差分（FDTD）方法,模擬了光與周期性亞波長孔陣列相互作用的實驗過程。其中,研究了周期性圓環(huán)-狹縫復(fù)合結(jié)構(gòu)孔陣列的增強(qiáng)光透射特性;并且基于回音壁模式可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)環(huán)境中光態(tài)局域強(qiáng)度的特征,設(shè)計了一種能夠運(yùn)用在傳感和光學(xué)開關(guān)領(lǐng)域的微納器件。主要內(nèi)容如下:（1）首先,撰述了表面等離子體的基本原理;再者,調(diào)研了回音壁模式微腔的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;最后,對FDTD方法中建模仿真過程進(jìn)行了詳細(xì)地推導(dǎo)和闡述。（2）用FDTD仿真方法模擬了不同孔陣列（圓環(huán)、狹縫和圓環(huán)-狹縫復(fù)合結(jié)構(gòu)）的光透射特性。我們發(fā)現(xiàn)圓環(huán)作為回音壁納米腔可以極大地增強(qiáng)腔內(nèi)的結(jié)構(gòu)環(huán)境的光態(tài)局域強(qiáng)度,使得狹縫模式主導(dǎo)的透射峰增強(qiáng)接近一倍。當(dāng)改變圓環(huán)-狹縫復(fù)合單元結(jié)構(gòu)中狹縫的結(jié)構(gòu)參數(shù)時,能夠增強(qiáng)狹縫和... 

【文章來源】：南華大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬/電介質(zhì)界面SPPs的傳輸方式

第1章緒論3zH1z1Hmmdd，z=0……………………………(1.4)可得，0kkmmzddz，進(jìn)而得到，2spp20jjzkkk2…………………………………(1.5)滿足邊界磁場連續(xù)性條件，可得：210)(dmdmsppkk………………………………(1.6)一般而言，金屬介電常數(shù)m小于0，所以||||dmm時，0sppkk。由于頻率ω可以對金屬介電常數(shù)m有顯著影響。通過公式(1.6)推導(dǎo)出表面等離子體波矢sppk色散關(guān)系即Drude模型表示如下：i1)(2pm………………………………(1.7)其中等離子體振蕩頻率表示為2p，為散射速率。該表達(dá)式表征了金屬中自由電子與光場相互作用時散射產(chǎn)生的損耗。圖1.2表面等離子體的色散關(guān)系圖1.2描繪了SPs的色散關(guān)系。在正常的情況下，SPs是不能激發(fā)的，SPs和光子之間存在著動量不匹配的問題。想要激發(fā)SPs，就需要外加條件[10]。我們接下來將講述如何能夠激發(fā)SPs。

南華大學(xué)碩士學(xué)位論文41.1.2激發(fā)表面等離子體的方法圖1.3常見激發(fā)SPs的方式：(a)棱鏡耦合的方式，(b)周期性光柵耦合的方式，(c)波導(dǎo)耦合的方式，(d)強(qiáng)聚焦光束的激發(fā)方式與(e)近場的激發(fā)方式示意圖[10]當(dāng)然這里我們討論的主要是SPPs模式，LSP模式可以不需要外加條件就能直接激發(fā)。想要激發(fā)SPPs，就需要滿足如下條件：①入射波的頻率要等于SPs的共振頻率；②入射波的波矢需要有平行于金屬/電介質(zhì)界面的分量且使其與SPs的波矢相等。動量守恒定理可以滿足第一個條件。但是第二個條件就需要特殊的方式來滿足其中的波矢匹配問題。為了解決波矢匹配問題，Kretschmann和Otto采用全反射原理達(dá)到波矢匹配即棱鏡耦合方式[11,12]，圖1.3(a)和(b)可知。其中，Kretschmann使用棱鏡放置在金屬薄膜上，利用一定角度入射光波，使得光在棱鏡中發(fā)生全反射并提供一個比較大的波矢給入射光，以致金屬/電介質(zhì)界面可以誘導(dǎo)出SPPs。Otto令棱鏡和金屬薄膜產(chǎn)生一定的間隙，依舊可以激發(fā)出SPPs。除此之外，利用衍射效應(yīng)也可以達(dá)到波矢匹配。例如圖1.3(b)，在金屬薄膜界面設(shè)計出光柵，如果該衍射光柵可以使得入射光獲得和SPs相等的波矢，同樣可以激發(fā)出SPPs，該方法被稱為光柵耦合方式[13]。圖1.3(c)利用波導(dǎo)兩側(cè)激發(fā)的倏逝波的場誘導(dǎo)金屬界面的SPPs，該方式被稱為波導(dǎo)耦合方式[14]。圖1.3(d)描繪了Kretschmann使用相似的方法，使用棱鏡強(qiáng)行把入射光的聚焦在金屬薄膜界面，激發(fā)出SPPs，該方式稱為強(qiáng)聚焦光束激發(fā)方式[15]。另外，使用掃描近場光學(xué)顯微鏡中的探針也可以誘導(dǎo)出SPPs，該方式可以認(rèn)為是全反射方式也可認(rèn)為是衍射方式，這也就是近場激發(fā)方式[16]，如圖1.3(e)所示。無論什么方式激發(fā)出SPPs，


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