一维亚波长介质与金属光栅的模态、光谱与近场分布及其应用

摘要

本硕士论文理论求解了一维亚波长介质光栅的光场模式特性，并利用它设计分析了一种高通及带通滤波器。研究了一维亚波长金属光栅的透射谱、反射谱与吸收谱，分析了表面等离激元的空间分布情况，并讨论了表面等离激元的空间耦合特性。提出了一种一维亚波长金属光栅暗中空模式的原子囚禁方案，得到了强度与光学势分布，发现该方案可以实现对原子的有效囚禁。　　本文采用矢量模态理论，获得有效折射率函数的特征方程。利用衰减模态特性，设计分析了一种在利特罗入射条件下的亚波长光栅高通滤波器，得到光栅反射率随波长的响应曲线，又设计了一种由两个光栅组成的带通滤波器。通过改变光栅参数，可以实现不同通带范围的滤波器。　　本文研究了一维亚波长金属光栅的透射谱、反射谱与吸收谱，分析光栅的几何结构参数的改变对吸收谱的影响。分析了一维亚波长金属光栅的表面等离激元的近场强度空间分布情况，研究了表面等离激元的空间耦合特性。提出了一种一维纳米尺度金属光栅实现原子囚禁的方案，分析了一维金属光栅的表面等离激元的暗中空模式近场强度分布情况，计算了冷原子在光场中的光学势分布。结果表明，表面等离激元暗中空模式封闭的等值线可以实现在横截面上对原子的有效囚禁以及实现在纵向的原子导引。由于囚禁区域的高强度梯度，原子能通过有效的强梯度Sisyphus冷却把温度降低到几微开(μK)。　　一维亚波长介质光栅的模态理论及其滤波器设计的研究结果对于高通滤波器与带通滤波器的实验研究以及亚波长光栅器件的实用化具有重要的意义。一维亚波长金属光栅的光谱特性及光场分布，暗中空光束模式的产生及其原子囚禁与导引的研究结果对微纳光学、原子光学、量子光学等方面的研究具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1亚波长光栅介绍

1.2 表面等离激元的研究进展

1.3论文安排

第二章 基于亚波长光栅衰减模态滤波器的设计与研究

2.1 引言

2.2亚波长光栅的模态理论基础

2.2衰减模态与消逝波特性分析

2.3高通滤波器的设计

2.5 本章小结

第三章 亚波长金属光栅的光谱特性研究

3.1 金属高度h的选择对吸收谱的影响

3.2 金属条间隔d的选择对吸收谱的影响

3.3 光栅周期对吸收谱的影响

3.4 金属光栅的光谱特性及近场强度分析

3.5 亚波长嵌套光栅近场强度分布

3.6 本章小结

第四章 基于表面等离激元的纳米尺度暗中空光束的形成及其原子囚禁

4.1 引言

4.2 一维囚禁与导引方案及强度分布

4.3 原子势分析与强度梯度冷却

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文