本文關(guān)鍵詞：亞波長微納結(jié)構(gòu)中共振現(xiàn)象的研究及功能性器件的設(shè)計

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【摘要】：自從1998年T.W. Ebbesen等人在亞波長金屬微納孔陣結(jié)構(gòu)中證實了異常光學透射現(xiàn)象(Extraordinary Optical Transmission, EOT),在近十五年內(nèi),關(guān)于電磁波在亞波長金屬和電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)中傳播,散射,衍射等的研究已經(jīng)吸引了眾多的學者和物理學愛好者的投入,在這方面的學術(shù)文章也如井噴之勢增長。本論文的主要研究內(nèi)容也是亞波長金屬和電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)對電磁波的散射問題,主要有以下幾個方面： 首先,我們嚴格推導了用于模擬一維金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)的傳輸矩陣法和用于模擬二維金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)的嚴格耦合波分析法理論模型�；谶@些理論方法,編程實現(xiàn)了用于計算任何電介質(zhì)、任何金屬材料所構(gòu)成的任何一維多層平板微納結(jié)構(gòu)和任何二維混合微納結(jié)構(gòu)中電磁場傳輸?shù)腗ATLAB程序,以此作為理論研究的基礎(chǔ)。同時,針對具有窄狹縫的亞波長金屬光柵情形,嚴格推導了零階導模近似理論方法,得出單層簡單矩形金屬光柵透射率和反射率的半解析表達式,作為分析二維微納結(jié)構(gòu)中共振現(xiàn)象的一種定量方法。 其次,針對目前基于微納結(jié)構(gòu)的一個比較熱門的研究方向：透明電極的研究,我們提出了一種包含無縫金屬平板的一維金屬-電介質(zhì)混合多層平板結(jié)構(gòu)：三明治結(jié)構(gòu),研究了其中的共振現(xiàn)象,并證明基于這些結(jié)構(gòu)所支持的共振模式,能夠使得無縫金屬平板在從可見光到近紅外的超寬光譜區(qū)域近乎透明(T90%)。同時,整個結(jié)構(gòu)的薄膜阻抗只有約2Ω/sq。它所展現(xiàn)出來優(yōu)良特性：寬光譜高透射,偏振弱依賴,大的入射角范圍穩(wěn)定,超小薄膜阻抗,結(jié)構(gòu)的簡單性,使它可以作為透明電極、平板顯示等的備選材料。另外,針對另外一類熱門的功能性器件-窄帶吸收器,我們提出了一個四層平板結(jié)構(gòu),它不僅能夠在可見光,甚至在THz波段都能夠?qū)崿F(xiàn)高達99%,帶寬卻小于1%(相較于中心頻率)的完美窄帶吸收,這是目前據(jù)我們了解到的基于金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)窄帶吸收器表現(xiàn)最好的方案。除此之外,基于一維多層平板的周期性結(jié)構(gòu),我們提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)從0.51μm到2.51μm超寬光譜完美吸收(A90%)的寬譜吸收器,并且這種寬譜吸收對入射光的偏振態(tài),入射角度的依賴都很小,滿足了吸波材料最主要的三個要求,因此可以作為從0.5μm到2.5μm光譜范圍內(nèi)的優(yōu)良吸波材料。 再次,我們研究了幾種典型然而容易被忽視的二維金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)中的共振現(xiàn)象,包括：包含狹縫和凹槽兩種基本單元的復合金屬光柵結(jié)構(gòu)：非對稱環(huán)境下單層金屬光柵結(jié)構(gòu)：金屬光柵和電介質(zhì)平板雙層混合結(jié)構(gòu)·雙層金屬光柵夾電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)；六層金屬電介質(zhì)混合光柵結(jié)構(gòu)�；谶@些具有代表性的微納結(jié)構(gòu),我們深入闡述了微納光電子學中常見的共振模式的物理原理,同時發(fā)現(xiàn)一些新的共振現(xiàn)象,并基于這些共振現(xiàn)象,提出了相應的實用化方案,例如寬譜偏振器,寬譜透射器,窄帶吸收器,寬譜吸收器等等。
【關(guān)鍵詞】：亞波長微納結(jié)構(gòu) 幾何演化追蹤法 寬譜透射器 寬譜吸收器 完美窄帶吸收器
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 本論文關(guān)鍵概念11-16
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點16-20
• 2 一維和二維金屬-電介質(zhì)混合結(jié)構(gòu)中電磁場的傳輸理論20-46
• 2.1 電磁場的定義形式20-25
• 2.2 一維金屬-電介質(zhì)混合平板結(jié)構(gòu)中單色場的傳輸理論25-28
• 2.3 二維金屬-電介質(zhì)混合光柵結(jié)構(gòu)中電磁場的傳輸理論28-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 3 多層金屬-電介質(zhì)混合平板微納結(jié)構(gòu)中共振現(xiàn)象的研究46-73
• 3.1 寬譜透射器-透明電極46-56
• 3.2 窄帶吸收器-太赫茲區(qū)域56-66
• 3.3 寬譜吸收器-吸波材料66-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 4 單層二維金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)中共振現(xiàn)象的研究73-107
• 4.1 含狹縫和凹槽的復合光柵對電磁波散射研究-厚光柵73-86
• 4.2 含狹縫和凹槽的復合光柵對電磁波散射研究-薄光柵86-96
• 4.3 非對稱環(huán)境下單層金屬光柵的散射特性研究96-105
• 4.4 本章小結(jié)105-107
• 5 多層二維金屬-電介質(zhì)混合微納結(jié)構(gòu)中共振現(xiàn)象的研究107-134
• 5.1 超薄銀光柵和無定型硅構(gòu)成的光學吸收器107-115
• 5.2 雙層金屬光柵結(jié)構(gòu)中穩(wěn)健寬譜透射的研究115-125
• 5.3 多層光柵中寬譜吸收的研究125-132
• 5.4 本章小結(jié)132-134
• 6 總結(jié)與展望134-138
• 6.1 全文總結(jié)134-136
• 6.2 未來工作展望136-138
• 致謝138-140
• 參考文獻140-153
• 附錄1 攻讀博士學位期間發(fā)表的主要論文153-154

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