亞波長金屬光柵的導(dǎo)模共振和異常透射特性研究.pdf

1、隨著微納光子學(xué)研究的發(fā)展，基于人工亞波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件中出現(xiàn)了一般光學(xué)元器件不具備的獨特光學(xué)特性和調(diào)控方法。亞波長結(jié)構(gòu)光學(xué)元件尺寸主要在波長量級或亞波長量級，可以應(yīng)用于制作高透射元件，濾波元件，偏振分離元件等，為下一代片上光互聯(lián)器件的開發(fā)與應(yīng)用提供了許多可能。除此之外，因為亞波長結(jié)構(gòu)的尺寸比較小，用傳統(tǒng)的理論描述光學(xué)現(xiàn)象往往不夠，需要借助類量子力學(xué)原理進(jìn)行解釋。亞波長金屬光柵作為周期性結(jié)構(gòu)的衍射元件，在滿足不同的相位匹配條件下，會有不同

2、的特殊現(xiàn)象，例如導(dǎo)模共振，異常透射現(xiàn)象，具備這種特性的光學(xué)元件擁有折射率檢測，窄帶濾波等方面的應(yīng)用潛能。
　　本論文主要采用嚴(yán)格耦合波法（Rigiours Coupled Waved Approximation）分析和研究幾類人工亞波長金屬光柵結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)模共振和異常透射現(xiàn)象，并闡述其內(nèi)部光場的微觀作用機(jī)理。針對金屬亞波長共振光柵的特殊性質(zhì)，將傳統(tǒng)RCWA方法進(jìn)行了一定的改進(jìn)，自行開發(fā)程序，得到了與基于有限元全波仿真一致的結(jié)果。

3、r>　　一般的耦合波方法主要針對與介質(zhì)光柵的衍射分析，我們基于此種方法發(fā)展了針對金屬光柵的嚴(yán)格耦合波理論。編寫了快速收斂，穩(wěn)定運(yùn)行的計算程序，并用其分析納米尺度單層金屬光柵中的基本衍射現(xiàn)象，詳細(xì)了解其內(nèi)部衍射特性。通過衍射曲線發(fā)現(xiàn)只有0級和±1級衍射級次出現(xiàn)，且參數(shù)對衍射效率有很大影響。
　　進(jìn)一步，我們將光柵近似看作周期性波導(dǎo)，分析導(dǎo)模共振產(chǎn)生的基本過程和共振原理，將理論分析結(jié)果和數(shù)值仿真結(jié)果的進(jìn)行了對比，進(jìn)一步驗證導(dǎo)模共振產(chǎn)生

4、的機(jī)理。同時也為分析異常透射的物理機(jī)制提供有效的數(shù)值仿真方法，得到金屬光柵特殊光學(xué)透射特性，總結(jié)其中涉及的光學(xué)傳輸理論。基于Fabry-Perot共振及表面等離子激元共振等理論機(jī)制，我們分別設(shè)計出雙層金屬光柵和二元雙層金屬光柵，分析其透射譜和微觀本征模式的相互耦合與激發(fā)情況，詳細(xì)討論了導(dǎo)模共振相關(guān)的共振光學(xué)傳輸過程。論文最后針對二元金屬光柵可能不同的應(yīng)用進(jìn)行了討論。
　　本文結(jié)果對于理解微納多層周期及非周期結(jié)構(gòu)中的共振模式及其透射