【摘要】：物質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的排列方式按照其內(nèi)部是否存在對(duì)稱性和相關(guān)性可以分為有序和無(wú)序兩種,同時(shí)根據(jù)有序結(jié)構(gòu)單元排列的對(duì)稱性和相關(guān)性是否為局域?qū)傩远枋鰹榫哂虚L(zhǎng)程有序特性和短程有序特性。隨著光子晶體的概念的引入,這些概念也同時(shí)被拓展到了光學(xué)領(lǐng)域中人工微納結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)單元排布的相關(guān)設(shè)計(jì)。論文在具有不同序特征的周期、準(zhǔn)周期、無(wú)序人工微納結(jié)構(gòu)中,通過引入金屬組分,研究了表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)相關(guān)的模式激發(fā)、耦合、高效吸收、寬頻域多重模式耦合、類電磁誘導(dǎo)透明等過程,并通過引入非線性,理論上討論了非線性耦合、超低閾值光學(xué)雙穩(wěn)等現(xiàn)像。論文首先在一維金屬光子晶體中系統(tǒng)分析了不同介質(zhì)厚度下,結(jié)構(gòu)中存在的Bulk等離激元(Bulk Plasmon Polaritons,BPPs)、腔模、長(zhǎng)程/短程等離激元(Longrange/Short-range Plasmon Polaritons,LRPs/SRPs)之間的演化關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)BPP模式分立的等效模式系數(shù)是倏逝波Bloch模式在Born-von Karman邊界條件影響下的結(jié)果。在石墨烯多層周期結(jié)構(gòu)中,同樣發(fā)現(xiàn)了類似的BPP模式和SRP模式分布特征。在雙層石墨烯結(jié)構(gòu)中考慮石墨烯非線性,得到了對(duì)稱、反對(duì)稱模式外的非對(duì)稱模式。非線性模式耦合理論說明非對(duì)稱模式出現(xiàn)是非線性引起的傳播常數(shù)的變化同模式耦合對(duì)傳播常數(shù)的補(bǔ)償作用平衡的結(jié)果。理論上研究了非對(duì)稱周期性褶皺金屬光柵結(jié)構(gòu)中的SPPs的激發(fā),發(fā)現(xiàn)互不干擾的雙側(cè)SPPs同時(shí)激發(fā)的現(xiàn)象,在透過率譜中表現(xiàn)為色散關(guān)系曲線的相互交叉。在近THz波段,研究發(fā)現(xiàn)了雙側(cè)石墨烯包覆二維矩形光柵結(jié)構(gòu)中石墨烯表面等離激元(Graphene Surface Plasmon,GSP)的激發(fā)頻率主要決定于相位匹配條件,并受到層間GSPs模式耦合的影響。激發(fā)強(qiáng)度受到占空比和光柵厚度的控制。在頻率范圍約5～12THz,具有多層石墨烯的二值光柵復(fù)合材料的光能吸收達(dá)到了近90%。準(zhǔn)周期晶格是一種只具備長(zhǎng)程有序特性而不具備短程有序特征的結(jié)構(gòu),其通過犧牲短程有序換取倒格矢更好的對(duì)稱性和自相似性。長(zhǎng)程有序主要根據(jù)其衍射特性來確定,強(qiáng)調(diào)的是在長(zhǎng)距離范圍體現(xiàn)出來的關(guān)聯(lián)特性和對(duì)稱性;而短程有序則側(cè)重于局域范圍內(nèi)的周期性質(zhì)。本論文在準(zhǔn)周期方面的工作包括:在傳統(tǒng)的二維嚴(yán)格耦合模式分析(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)方法的基礎(chǔ)上,通過選擇恰當(dāng)?shù)幕负筒牧暇仃嚨难b配方式,改進(jìn)了RCWA算法以適用于處理2D準(zhǔn)周期問題;利用準(zhǔn)周期光柵在倒空間具有多重對(duì)稱倒格矢的特性,研究了二維準(zhǔn)周期光柵/金屬/基底復(fù)合結(jié)構(gòu)中多重寬頻帶表面模式激發(fā),在0.5～1.2μm,實(shí)現(xiàn)了TE/TM模式的多重響應(yīng),最后給出了各個(gè)模式間的耦合特性。無(wú)序結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要分支是一維隨機(jī)介質(zhì),其典型結(jié)構(gòu)為兩種組分交替排列,但每層厚度隨機(jī)的結(jié)構(gòu)。一維隨機(jī)介質(zhì)的局域強(qiáng)度主要由特征參數(shù)局域長(zhǎng)度倒數(shù)表征,其正比于結(jié)構(gòu)對(duì)光場(chǎng)的局域能力,可以將其定義為局域強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)弱無(wú)序條件下,由兩種材料構(gòu)成一維隨機(jī)介質(zhì)中局域強(qiáng)度存在半解析表達(dá)式。強(qiáng)無(wú)序性條件等價(jià)于隨機(jī)相位近似,存在全解析局域強(qiáng)度。隨著厚度的隨機(jī)分布的變化,弱無(wú)序條件下局域長(zhǎng)度將圍繞強(qiáng)無(wú)序極限下的結(jié)果波動(dòng),且隨著無(wú)序程度的增大波動(dòng)減弱,直至局域強(qiáng)度逼近極限值。同時(shí)材料折射率的差別越大,局域強(qiáng)度越強(qiáng)。在弱無(wú)序條件下,兩種以上材料構(gòu)成的一維隨機(jī)介質(zhì)的局域性質(zhì)還受到材料排列次序的影響;強(qiáng)無(wú)序條件下,局域?qū)傩詻Q定于界面種類。最后利用一維無(wú)序介質(zhì)的完美反射特性,在金屬/一維隨機(jī)介質(zhì)結(jié)構(gòu)中激發(fā)了Tamm等離激元模式。利用一維隨機(jī)介質(zhì)的高Q值屬性,在金屬/一維光子晶體/一維隨機(jī)介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了類電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象。結(jié)合Tamm等離激元的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)和異常共振透射增強(qiáng),在金屬/一維隨機(jī)介質(zhì)中得到了超低閾值雙穩(wěn),轉(zhuǎn)換閾值約44k W/cm~2。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O485

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳前,朱德懋;復(fù)合結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析的數(shù)值方法[J];計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)及其應(yīng)用;1990年03期

2 范俊奇;辛凱;宋紅民;薛一江;;泡沫夾層在抗爆復(fù)合結(jié)構(gòu)中作用的實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2011年03期

3 陳前;朱德懋;;彈性——粘彈性復(fù)合結(jié)構(gòu)模態(tài)理論[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);1990年01期

4 賈玉樹;論科學(xué)理論的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)[J];哲學(xué)動(dòng)態(tài);1994年04期

5 趙曉兵,方秦,張亞棟,柳景春;爆炸荷載作用下地下復(fù)合結(jié)構(gòu)的合理剛度匹配[J];爆炸與沖擊;2001年02期

6 吳楚生;;淺析鋼木復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及施工方法[J];民營(yíng)科技;2010年10期

7 陳前,朱德懋;關(guān)于復(fù)合結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中粘彈性材料本構(gòu)方程的形式[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);1987年01期

8 白建忠,劉平;具有復(fù)合結(jié)構(gòu)顆粒的介電相互作用[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2004年01期

9 任學(xué)平,關(guān)麗坤,張乃洪,周秉利;復(fù)合結(jié)構(gòu)殼體蠕變變形有限元研究[J];力學(xué)與實(shí)踐;2005年03期

10 任建亭,邱陽(yáng);粘彈復(fù)合結(jié)構(gòu)特征問題的迭代算法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);1997年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王利民;Leung K Y Christopher;;非線性裂紋模型在復(fù)合結(jié)構(gòu)失效分析中的應(yīng)用[A];復(fù)合材料力學(xué)現(xiàn)代進(jìn)展會(huì)議論文集擴(kuò)展摘要[C];2005年

2 張建偉;錢維坤;李繼信;;儲(chǔ)罐玻璃鋼四面錐復(fù)合結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用[A];山東石油學(xué)會(huì)第三屆腐蝕與防護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2005年

3 鄭建中;左炳和;殷懷堂;;并列雙座復(fù)合結(jié)構(gòu)立窯的爆破[A];第七屆全國(guó)工程爆破學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

4 張梅;尚云東;張江濤;劉立勝;翟鵬程;;黏彈性層疊復(fù)合結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力分析與優(yōu)化[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 王翕君;江俊;;半導(dǎo)體-金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)催化活性模擬研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第15分會(huì)：理論化學(xué)方法和應(yīng)用[C];2014年

6 閆翔宇;陳志華;;三類結(jié)構(gòu)概念和復(fù)合結(jié)構(gòu)體系分類[A];第九屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

7 金超;秦瑤;李影;祖連海;楊金虎;;Ag@Ag_3PO_4@ZnO三元異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其光催化性能的探究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第37分會(huì)：能源納米科學(xué)與技術(shù)[C];2014年

8 鄭維時(shí);郭子龍;莊家騏;楊文勝;;Fe_3O_4@SiO_2@Au復(fù)合結(jié)構(gòu)在生物監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第35分會(huì)：納米生物醫(yī)學(xué)中的化學(xué)問題[C];2014年

9 周曉敏;張國(guó)亮;;“凍土+管棚”復(fù)合結(jié)構(gòu)的承載性能研究及其應(yīng)用分析[A];城市地下空間開發(fā)與地下工程施工技術(shù)高層論壇論文集[C];2004年

10 翟宏菊;王立晶;孫德武;李秀艷;常立民;楊景海;;Ag-ZnO復(fù)合結(jié)構(gòu)的一步溶劑熱合成及其發(fā)光性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第21分會(huì)：光化學(xué)[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 記者 張Z，

本文編號(hào)：2256612