多腔耦合波导结构的类电磁诱导透明及其调控的研究

摘要

表面等离子体波是由垂直于金属表面的电场引起金属中的自由电子集体震荡并且和光子相互作用而产生的，沿着金属和介质界面方向传播的波。通过使用辅助结构或者改变金属结构的表面形貌，金属介质表面激起的表面等离子体激元与光相互作用，这样就可以实现对光的调控以及出现一些光的特殊性质。基于时域有限差分法(FDTD)，研究了波导结构中等离子体电磁诱导透明特性与其物理机制。
　　本论文研究了以下几个方面:
　　(1)研究了一个直通道以及侧边耦合的矩形腔和U字形腔组成的波导结构。通过改变侧边耦合的矩形腔与U字形腔结构之间的耦合距离以及等离子体结构的不对称性，我们发现:由于两种共振方式的干涉相消，可以得到电磁诱导透明窗以及电磁场的剧烈变化。同时，由单个结构串联得到的结构中，通过改变两个结构之间的耦合距离也实现了电磁诱导透明。我们认为:这种电磁诱导透明是通过亮模直接激发与暗模的激发产生的干涉相消实现的，利用电耦合、磁耦合以及电感耦合能够很好的解释这种现象。
　　(2)研究了由直通道以及侧边耦合的两个谐振腔组成的波导结构。结果表明:两个不同长度的谐振腔与直通道产生直接耦合实现了电磁诱导透明，单个谐振子腔的共振频率、两个谐振子腔的中心的耦合距离以及两个谐振子腔的不同去谐度对透射谱都有很大影响。基于耦合模理论很好地解释了其影响规律。
　　(3)分析了π字型结构波导体系的电磁诱导透明。这个结构与超材料的光学特性十分相似，因此，我们近似把单个矩形腔称之为偶极子，竖直放置的两个矩形腔近似为四极子。偶极子与四极子的结合也导致了电磁诱导透明窗的出现，它们之间的耦合距离对透射峰起到十分重要的作用。最后研究了由两个π字型结构组成的串联波导结构，它们之间的耦合距离对透射谱也产生很大的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 表面等离子体的发展背景

1．3 表面等离子体激元的特性

1．4 表面等离子体激元

1．5 金属的Drude模型

1．6 本论文的主要研究内容

2 数值模拟方法

2．1 引言

2．2 麦克斯韦方程组及FDTD形式

2．3 二维FDTD计算方法

2．4 数值稳定性

2．4．1 时间离散间隔的稳定性条件

2．4．2 Courant数值稳定性条件

2．4．3 数值色散

2．5 完全匹配层吸收边界条件

2．6 本章小结

3 多腔耦合波导体系中类电磁诱导透明

3．1 引言

3．2 结构与FDTD计算

3．3 结果与讨论

3．3．1 共振透射模

3．3．2 结构参数的调控

3．3．3 串联结构中的电磁诱导透明现象

3．4 本章小结

4 矩形腔波导体系中的类电磁诱导透明现象

4．1 引言

4．2 模型与理论

4．3 结果与讨论

4．3．1 对于单个矩形腔时的透射特性

4．3．2 两个耦合谐振子的透射特性

4．3．3 共振去谐对透射谱的影响

4．4 本章小结

5 π字型波导体系的电磁诱导透明

5．1 引言

5．2 模型与结构

5．3 结果与讨论

5．3．1 共振透射模

5．3．2 两个π字型结构中的电磁诱导透明现象

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文的主要工作

6．2 下一步工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢