三維人工表面等離子體結(jié)構(gòu)及其FDTD分析的軟件實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來,表面等離子體(Surface Plasmons)因?yàn)榭梢酝黄乒獾难苌錁O限實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)光學(xué)器件,從而引起眾多科學(xué)家的關(guān)注。通過設(shè)計(jì)金屬表面結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)人工表面等離子體,在遠(yuǎn)紅外、太赫茲(THz)和微波段都有廣闊的應(yīng)用前景。本論文研究了分析人工表面等離子體結(jié)構(gòu)的有效方法,在此基礎(chǔ)上研究了人工表面等離子體的多種應(yīng)用。提出了多種基于三維金屬光柵結(jié)構(gòu)的人工表面等離子體分波器結(jié)構(gòu)和寬帶慢波系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:
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2、)研究并擴(kuò)展了直接譜域時(shí)域有限差分(DSFDTD)方法,可高效計(jì)算任意角度入射的周期結(jié)構(gòu)的散射問題:應(yīng)用DSFDTD方法分析了金屬光柵結(jié)構(gòu),以幫助設(shè)計(jì)各種分波器結(jié)構(gòu)和寬帶慢波系統(tǒng):將開發(fā)的FDTD方法集成和封裝,實(shí)現(xiàn)了功能完整的FDTD軟件,該軟件具備較強(qiáng)的網(wǎng)格剖分功能、FDTD并行計(jì)算功能和后處理功能。
　　 2)提出了一種用金屬線來激勵(lì)三維金屬光柵結(jié)構(gòu)人工表面等離子體的方法。研究并加工了三維雙向和多方向人工表面等離子體分波器

3、,詳細(xì)分析了這兩種分波器的設(shè)計(jì)原理,用金屬線作為激勵(lì),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩種分波器的有效性,并將其擴(kuò)展到THz波段進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種彎曲的雙向人工表面等離子體分波器,該分波器由兩個(gè)三維梯形槽金屬光柵構(gòu)成。詳細(xì)分析了刻有不同形狀凹槽的三維金屬光柵上的電場(chǎng)分布和傳播規(guī)律,分別設(shè)計(jì)和加工了平直的和彎曲的基于三維梯形槽金屬光柵的分波器,并用金屬線激勵(lì)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了其有效性和可行性。
　　 4)提出

4、并加工了一種基于三維漸變會(huì)屬光柵結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng),并用金屬線作為激勵(lì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí),通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)能夠有效擴(kuò)展到THz波段。提出并加工了一種基于三維金屬/介質(zhì)/金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng),從理論上研究了金屬光柵間縫隙寬度對(duì)MIM結(jié)構(gòu)慢波系統(tǒng)的影響,并用金屬線作為激勵(lì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 5)分別設(shè)計(jì)了平直和彎曲的基于三維漸變梯形槽金屬光柵的寬帶慢波系統(tǒng),并用金屬線激勵(lì)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了其有效性。