基于表面等離激元亞波長陣列結(jié)構(gòu)強(qiáng)透射特性研究.pdf

1、表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons, SPP)是一種存在于金屬/電介質(zhì)界面的特殊電磁模(表面波)；由于SPP具有表面局域、近場(chǎng)增強(qiáng)、亞波長控制光能量等多種特性，使其在生物、化學(xué)、光學(xué)等眾多前沿領(lǐng)域都具有重要的研究價(jià)值；對(duì)于SPP的研究是當(dāng)前納米光電子學(xué)的主要學(xué)科之一，稱之為表面等離子學(xué)(Plasmonics)。而SPP光電器件具備納米級(jí)器件尺寸、超高頻等優(yōu)點(diǎn)，有望成為繼傳統(tǒng)電子器件、光子器件后的新一代微納

2、米光電器件，是集成電路工程領(lǐng)域解決現(xiàn)階段器件尺寸與工作頻率受限的基礎(chǔ)；同時(shí)，SPP光電器件可突破衍射極限，因而可實(shí)現(xiàn)光子-電子集成一體化的新型芯片。
　　本文基于SPP亞波長陣列結(jié)構(gòu)強(qiáng)透射(Extraordinary Optical Transmission, EOT)特性的研究為核心，主要設(shè)計(jì)并研究兩種陣列結(jié)構(gòu)：①內(nèi)嵌鏡像對(duì)稱矩形腔楔形金屬狹縫陣列，②內(nèi)嵌金屬/電介質(zhì)同心圓柱金屬孔陣列；采用時(shí)域有限差分(Finite-Diffe

3、rence Time-Domain, FDTD)數(shù)值分析方法優(yōu)化其結(jié)構(gòu)、材料、陣列結(jié)構(gòu)和晶格類型等參數(shù)，并探究其EOT特性。主要研究內(nèi)容及研究成果如下：
　　1.深入調(diào)研表面等離子學(xué)學(xué)科的歷史研究過程、研究背景及研究現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)并研究SPP的基本物理特性，包括其電磁特性、色散關(guān)系、激發(fā)原理及方式，綜述SPP的應(yīng)用領(lǐng)域和前景。
　　2.設(shè)計(jì)并研究一種內(nèi)嵌鏡像對(duì)稱矩形腔楔形金屬狹縫陣列的 EOT特性，結(jié)果表明該陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌腔體可進(jìn)

4、一步破壞類法布里-伯羅腔共振條件，有利于短波長范圍SPP能量局域，同時(shí)提高長波長范圍的透射率；形成的光子晶體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的能帶可調(diào)控禁帶，短波長范圍存在明顯的傳輸禁帶，長波長范圍具有較好的增強(qiáng)透射。這些結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)透射能量的近場(chǎng)光學(xué)器件具有一定的指導(dǎo)意義。
　　3.設(shè)計(jì)并研究一種內(nèi)置金屬/電介質(zhì)同心圓柱金屬孔陣列的EOT特性，結(jié)果表明內(nèi)置的金屬/電介質(zhì)同心圓柱結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)SPP與LSP共振耦合作用，使得光的透射特性顯著增強(qiáng)；