光学纳米天线设计及吸收增强特性研究

摘要

微纳光学天线是一种尺寸在微米纳米量级的天线，它在工作频率和工作原理上与传统天线有所不同，主要原因是微纳光学天线的工作原理是基于表面等离激元共振。我们可以调控它的表面等离共振以及天线附近的局域场强度，这些特点使得微纳光学天线可以应用在很多领域，比如超衍射极限成像、新型近场光学探针、高太阳能电池转换率、亚波长波导传输等。纳米光学天线正获得越来越多的关注。
　　论文基于有限积分法（Finite Integration Technique, FIT）和S参数的特性，给出了纳米天线的输入阻抗和金平板的吸收率的计算方法。
　　我们分析了传统天线与微纳天线的异同，分析了微纳微粒的等效电路，并重点研究了不同结构的纳米光学天线的输入阻抗。具体探讨了如何通过改变天线的几何结构及尺寸来调控其输入阻抗特征谱。结果表明，随着纳米天线半径的增大，共振频率增大，输入电阻减小；随着纳米天线臂长的增加，共振频率减小，输入电阻增大；随着间隙的增加，共振频率增大，输入电阻增大；随着负载介质的介电常数增大，共振频率减小，输入电阻减小。这些特征谱的变化规律可以用对应等效电路给出定性解释。
　　我们对金属平板上面放置天线阵的吸收率进行了分析，并着重分析了200 nm厚的金平板及它上面放置银纳米天线阵列的吸收率。结果表明当平板上面放置天线阵列时，在银纳米天线的共振频率处金平板的反射率明显的减小，而对应的透射率无限的接近零，说明在共振频率处金平板的吸收率得到了极大的提高。此外，通过引入具有渐变特性的天线阵结构，系统的吸收谱线展宽。本文的方法和结果对提升太阳能纳米平板电池的效率具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本论文主要研究内容

第2章 研究方法和主要研究工具

2.1 表面等离激元

2.2 贵金属的Drude模型

2.3 微纳颗粒的等效电路分析

2.4 仿真工具与计算方法

2.5 本章小结

第3章 传统天线与纳米天线的分析

3.1 天线原理

3.2 天线的特性和电参数

3.3 纳米天线

3.4 本章小结

第4章 纳米天线的输入阻抗

4.1 纳米天线输入阻抗的误差分析

4.2 不同半径的金银纳米天线的输入阻抗分析

4.3 不同臂长的金银纳米天线的输入阻抗分析

4.4 不同间隙的金银纳米天线的输入阻抗分析

4.5 不同负载的银纳米天线的输入阻抗分析

4.6 本章小结

第5章 金纳米平板的吸收率分析

5.1 不同厚度的金平板的吸收率分析

5.2 放置银纳米天线阵的金平板吸收率和电场分析

5.3金平板吸收率展宽分析

5.4 本章小结

参考文献

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