表面等离子体波传播方向调制及局域效应研究

摘要

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons)是局域在金属表面的一种电磁波模式,它由金属表面的自由电子与金属接触面光子(Photon)相互耦合形成的电磁波。在通信领域,利用表面等离子体激元相关机理,设计相关光学或者光电子器件,已经得到广泛的应用。比如多频谱滤波器,多功能电源,光子集成电路等。
　　 本论文使用基于二维时空值域有限差分方法(FDTD)自主编写的应用程序,重点研究了亚波长金属结构中表面等离子体波的相位调控,传输方向控制,传输路径调谐等。工作内容包括金属双狭缝亚波长金属结构中SPPs相位的调制,表面等离子体在亚波长金属结构中的局域及太赫兹波段表面等离子体的定向激发。
　　 本论文的研究的意义及成果主要包括:
　　 (1)对刻有双狭缝的二维亚波长金属结构表面等离子体波的相位进行了深入的研究。利用类似杨氏双缝隙模型,我们设定两个狭缝宽度为55nm,光源入射波长为632.8nm。改变光源的入射角,我们发现,在入射角为12°或者是38°的时候,表面电磁波在表面向一个方向传播,这些理论推导和计算机模拟工作,对发展光通信,等离子体光源,光电印刷技术,有指导意义。
　　 (2)研究了太赫兹波和近红外波在亚波长金属结构中的局域效应。对于太赫兹波(频率0.9THz,0.8THz,0.7THz,0.6THz),这个波段的能量能够局域在超导体表面不同的位置。改变温度,能够调节能量的局域位置。对于色散介质银,在表面刻蚀不同槽,近红外光(波长1.33μm,1.45μm,1.55μm,1.65μm)局域在金属表面不同的位置,改变环境温度,能够调节能量位置,这对于以后的信息储存技术的发展和光通信工艺的研究有理论指导意义。
　　 (3)太赫兹波段对基于亚波长金属结构SPPs的激发方向进行了研究。超导体表面相对方向刻蚀两列不同深度的周期性槽,电磁波(频率0.5THz,1THz)在不同的频率在超导体表面能够在相对应的方向传播。利用微米量级表面等离子技术,既能够增强入射光的光强,提高透射率,又能够控制光的传播方向,能够调节光信号,这对于以后的光纤技术的发展和光通信工艺的研究有理论指导意义。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 金属材料的光学性质

1.3 亚波长孔阵列异常透射现象的发展及SPPs传播的调控

1.4 本文研究的背景和意义

1.4.1 SPPs定向激发耦合器

1.4.2 属表面纳米尺度光刻蚀术

1.4.3 光调控器与光调控开关

1.5 本文研究的主要内容

第2章 数值模拟计算的理论基础

2.1 引言

2.2 麦克斯韦旋度方程

2.3 Drude模型

2.4 本章小结

第3章 表面等离子激元传播方向的调谐

3.1 可见光定向激发的简介

3.2 可见光定向激发器

3.3 模拟结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 等离子激元的局域

4.1 太赫兹波局域简介

4.2 模型的建立

4.2.1 太赫兹波段

4.2.2 近红外光波段

4.3 模拟结果与讨论

4.3.1 太赫兹波段

4.3.2 近红外光波段

4.4 本章小结

第5章 太赫兹波激发方向调谐

5.1 太赫兹波激发方向调控简介

5.2 模型的建立

5.2.1 模拟结果与讨论

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）

攻读学位期间参加的科研项目

致谢