光波段单层及多层渔网状结构负折射率波长响应研究

摘要

目前,具有负折射率的超材料越来越多,但是在可见光波段,由于金属材料的特殊性质,使得具有负折射率的超材料始终无法克服金属损耗,频率色散等一系列问题。在光波段,负折射超材料采用的主要结构为渔网状的结构。这种结构本身对正入射的光响应比较敏感,且衍射的能量主要集中在反射主级次上,很好的满足等效媒质理论的条件,而且结构简单,比较容易获得负折射率,但是由于结构中存在两层金属材料,所以依然存在金属对光的吸收损耗问题。目前主要有两种解决金属光损耗的途径,一是通过在金属之间加入补偿能量的荧光材料,通过泵浦过程,使得荧光材料发光从而补偿金属对光的损耗。另一种是通过多层的渔网状结构适当的叠加,获得负折射效果较好的超材料结构。
　　本文从研究单层到多层渔网状结构电磁参数的变化规律出发,探索如何将单波段负折射率的结构变成双波段负折射率的结构。同时通过对单层渔网状结构模型的简化,推导出了渔网状结构的等效介电常数截止波长公式,依据此公式将单波段负折射率的结构改进成了双波段负折射率的结构。最后本文利用光栅方程和SPP的耦合色散关系来计算单层渔网状结构的响应波长,经过理论预测的响应波长值与模拟得到的波长值基本吻合,也在另一个方面证明了渔网状结构负折射率的特性与SPP之间的耦合有关。

目录

光波段单层及多层渔网状结构 负折射率波长响应研究

WAVELENGTH RESPONSE RESEARCH OF NEGATIVE REFRACTIVE INDEX FOR SINGLE AND MULTI-LAYER FISHNET METAMATERIAL IN VISIBLE LIGHT BAND

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 负折射率的理论来源与实现

1.3 光波段负折射率的实现与发展现状

1.4 目前渔网状结构的研究进展及问题

1.5 本文主要的研究内容

第2章 光波段渔网状结构的电磁计算方法

2.1 等效媒质理论

2.1.1 TE模式入射波的等效媒质理论

2.1.2 TM模式入射波的等效媒质理论

2.1.3 传输矩阵形式的等效媒质理论

2.2 有限元法

2.2.1 有限元的离散划分

2.2.2 有限元的特征方程

2.3 渔网状结构电磁参数的计算方法

2.4 对等效媒质理论的验证

2.5 本章小结

第3章 单层及多层渔网状结构负折射率响应波长研究

3.1 长波段单层渔网状结构负折射率响应波长

3.2 多层渔网状结构负折射率的响应波长

3.3 单层渔网状结构的分析及改进

3.4 单层渔网状结构双负折射波段的获得

3.5 本章小结

第4章 单层渔网状结构负折射响应波长的理论解释

4.1计算金属光栅的严格耦合波方法

4.1.1 入射空间的波分解

4.1.2 光栅内部波方程

4.1.3 电磁波传播矩阵解

4.2 内部SPP激发与负折射的关系

4.3 对单层渔网状结构负折射率响应波长的解释

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢