介质膜下周期性结构金属表面光学特征的研究

摘要

光在孔径结构上的透射问题，是光学中的一类基本问题。人们对它的研究从来没有停止过，在1998年T.W. Ebbesen等人报道亚波长金属小孔阵列的异常透射增强现象之后，对金属孔径透射性的研究迅速成为科学家们的研究热点。其中一维亚波长金属光栅是孔径中最简单的结构，同时一维亚波长金属光栅长的异常透射性使其在光伏产业和新型光器件等方面具有十分广阔的应用前景，因此研究一维亚波长金属光栅的异常透射性具有重要的价值。本文利用时域有限差分法(FDTD)模拟了TE波激励下的一维亚波长金属光栅的透射特性，基于平板波导理论和有效折射率法，对TE波激励下的一维亚波长金属光栅的透射性做进一步分析，得到了一些创新性的研究成果：
　　 [1]利用时域有限差分法，对横电波(TE波)激励带电介质的亚波长一维金属光栅的光场分布进行了模拟分析，得到了TE波的透射率与电介质折射率的变化关系，从而发现TE波在所研究的模型下具有异常透射现象。基于导模共振理论建立了类导模共振理论，并应用该理论较好地解释了TE波在所研究模型下的异常透射现象，确定类导模共振是TE波产生异常透射性的主要原因。应用所建立的理论解决了传统透射理论无法解决的问题。类导模共振理论揭示了异常透射现象的物理本质，为进一步研究异常透射性的物理本质提供了一种理论依据。
　　 [2]在确定类导模共振理论是第一个峰和第二个峰的产生主要原因的基础上，从麦克斯韦方程出发，通过有效折射率法，确定了类Fabry-Perot(F-P)腔谐振是产生第三个峰的主要原因。从而完善了TE波在所研究的模型下产生异常透射现象的物理本质。确定类导模共振理论是产生第一个峰和第二个峰的主要原因，类F-P腔谐振是产生第三个峰的主要原因。揭示了TE波异常透射现象的物理本质，为研究TE波异常透射性的物理本质提供了一种完整的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2金属亚波长小孔阵列的异常透射现象

1.3金属亚波长光栅的异常透射现象

1.4 电介质覆层对金属狭缝的透射影响的理论研究

1.4.1电介质对TM波透射的调制

1.4.2电介质对TE波透射的调制

1.4本论文的主要内容及创新点

第二章理论基础

2.1电磁场理论基础

2.1.1麦克斯韦方程组

2.1.2电磁场边界条件

2.2时域有限差分方法(FDTD)概述

2.3数值解的稳定性条件

2.3.1空间步长的选取

2.3.2时间步长的选取

2.4边界条件

2.4.1吸收边界条件

2.4.2完美匹配层(PML)边界条件

2.5表面等离子体的激发和色散

2.6波导理论

2.6.1均匀薄膜波导的模式理论

2.6.2对称薄膜波导的模式理论

第三章横电波激励下亚波长一维金属光栅的异常透射性

3.1引言

3.2材料模型

3.2.1 PEC模型

3.2.2 Drude模型

3.2.3 Lorenz-Drude模型

3.3模拟方法

3.4结果分析

3.4.1金属薄膜的不同界面添加电介质覆层对透射谱的影响

3.4.2金属狭缝内添加电介质对透射率的影响

3.5本章小结

第四章Fabry-Perot腔谐振对横电波激励下亚波长一维金属光栅的异常透射性的作用

4.1引言

4.2理论模型

4.3结果与分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间公开发表的论文和科研情况