介质覆盖金属光栅的光学特性研究

摘要

表面等离子激元是电磁场与金属表面传导电子相互耦合所产生的传导电子集体共振的结果。表面等离子导模与表面等离子共振导模这两类模式都是由金属-介质界面支撑。表面等离子导模在金属-介质界面传播与外界电磁场不存在耦合，即没有辐射损耗；表面等离子共振导模的电磁场也是被限制在金属-介质界面传播，它能够利用光栅、棱镜、近场来激发，不同于表面等离子导模，表面等离子共振导模能够与外界电磁场进行强烈的相互耦合。利用金属光栅结构激发表面等离子导模与表面等离子共振导模得到了广泛研究。
　　采用时域有限差分法与耦合模理论，本文研究了介质覆盖金属光栅表面等离子混合模式的光学共振特性。研究结果表明，在所研究的结构中，覆盖介质支撑的混合表面模式与金属光栅所支撑的表面等离子模式相互作用引起抗交叉效应；利用耦合模理论，还对此系统的反射特性进行了建模研究，得出了减小吸收的条件。此耦合系统的所有光学特性都采用了时域有限差分法进行验证，理论结果与数值模拟结果一致。这个研究可以应用在传感器上，在金属光栅上覆盖上一层介质能够防止其被氧化，极大地提高了传感器的性能与寿命。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2表面等离子激元研究进展

1.3表面等离子激元的基本理论

1.4表面等离子激元的激发方法

1.5表面等离子激元的应用

1.6论文的主要工作及各章节内容

第二章 表面等离子激元的研究方法

2.1耦合模理论

2.2时域有限差分法

2.3 有限元分析

2.4 本章小结

第三章 介质覆盖金属光栅的混合模式特性分析

3.1 金属Drude模型

3.2介质覆盖金属光栅结构

3.3混合共振模式色散关系

3.4电场分布讨论

3.5本章小结

第四章 系统反射率分析

4.1光学反射率的耦合模理论建模

4.2光学反射率的FDTD分析与耦合模理论分析

4.3本章总结

总结

致谢

攻读硕士期间完成和发表的论文

参考文献