基于类表面等离子体激元的矩形金属光栅色散特性的研究

摘要

等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPP)因其独特的光学和物理特性,使其具有诸如透射增强和局域共振等一系列新颖现象,已成为当前国内外学者研究的热点.本文对基于类表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmons,SSP)的矩形金属光栅色散特性和模式分布进行了研究.利用本征函数法并结合场匹配条件,获得了矩形栅表面SSP的场表达式、色散关系和模式分布,并通过电磁仿真进行了验证.在此基础上分析了矩形栅各参数对SSP色散及模式分布的影响,研究结果表明:由本征函数法获得的SSP色散特性与仿真结果基本符合;增大金属栅高度或减小排列周期能减小SSP的相速度;而增大金属栅周期占空比能在一定程度上拓展SSP与电子束互作用的带宽;改变金属盖板高度对慢波SSP色散模式基本没有影响;减小金属栅侧面宽度能增大模式之间的间隔,从而能有效避免模式竞争的发生.本文对基于SSP的矩形金属光栅色散特性的研究将为进一步研究SSP与电子束的相互作用,形成高效、宽带的新型太赫兹源奠定良好的理论基础.