微波等離子體表面激元及表面波等離子體研究.pdf

1、對(duì)由外部電磁場(chǎng)誘導(dǎo)而產(chǎn)生于介質(zhì)和等離子體分界面的等離子體激元和電磁表面波形成和傳播行為的研究具有重大的理論和應(yīng)用價(jià)值。外來電磁場(chǎng)和有自由帶電粒子在界面的相互作用，對(duì)于帶電粒子而言，由于受到周期性變化電磁場(chǎng)的誘導(dǎo)可在界面形成可遷移、質(zhì)量較輕的電子圍繞質(zhì)量較重離子的偶極振蕩行為，大量這種行為叫做表面等離子體激元(surface plasma polartons)；對(duì)于電磁波而言，由于在界面法向方向場(chǎng)強(qiáng)很快指數(shù)衰減，而形成沿著介面切向方向傳播

2、的電磁表面波(surface wave)。等離子體激元的形成同時(shí)伴隨表面電磁波的耗散。等離子體激元(SPPs)是電磁波與可遷移的表面電荷之間相互作用產(chǎn)生的電磁模。這個(gè)電磁模有著大于同一頻率下光波在真空中或周邊介質(zhì)中的波數(shù)。因此，通常情況，這個(gè)電磁模不能被激發(fā)，從介質(zhì)表面輻射出去。 由于等離子體和金屬薄膜的相似性，相對(duì)介電常數(shù)為負(fù)。對(duì)于等離子體中的激元行為，本文第三章系統(tǒng)地對(duì)等離子體中的激元進(jìn)行理論整理和總結(jié)。等離子體是由大量帶正

3、、負(fù)電荷粒子組成的非束縛態(tài)宏觀體系。異類帶電粒子之間是相互“自由”和獨(dú)立的。等離子體粒子之間的相互作用力是長(zhǎng)程的電磁力，原則上來說，彼此相互很遠(yuǎn)的帶電粒子仍然感覺得到對(duì)方的存在。在相互作用的力程范圍內(nèi)存在著大量的粒子，這些粒子間會(huì)發(fā)生多體的彼此自洽的相互作用，結(jié)果使得等離子體中粒子運(yùn)動(dòng)行為在很大程度表現(xiàn)為集體的運(yùn)動(dòng)。由于等離子體的微觀基本組元是帶電粒子。一方面，電磁場(chǎng)支配著粒子的運(yùn)動(dòng)，另一方面，帶電粒子運(yùn)動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，因而等離子體中

4、粒子的運(yùn)動(dòng)與電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)緊密耦合，不可分割。 當(dāng)外來電磁波入射到等離子體和介質(zhì)板的分界面，等離子體中可遷移的自由帶電粒子其電荷密度波將與入射電磁波產(chǎn)生耦合作用，導(dǎo)致電荷密度漲落，引發(fā)集體振蕩即等離子體激元(SPPs)。等離子體與介質(zhì)表面的等離子體激元以表面波(SW)形式沿著界面表面?zhèn)鞑ァ５入x子體激元產(chǎn)生機(jī)理和條件、尺度大小及傳播行為將是研究重點(diǎn)。利用MATHEMATICA程序語言對(duì)等離子體中激元進(jìn)行了簡(jiǎn)單計(jì)算和分析。另外利用表面

5、波特有性質(zhì)系統(tǒng)地從理論和實(shí)踐上來維持高密度、大面積、平面等離子體也是本文關(guān)注的。此外，還對(duì)新型介質(zhì)波導(dǎo)天線的設(shè)計(jì)做了進(jìn)一步的探索和嘗試。 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和碩士期間主要工作。 1、總結(jié)前人工作，系統(tǒng)地整理和總結(jié)了等離子體中激元的產(chǎn)生機(jī)理和條件、傳播行為、尺度大小及空間延伸，并得出一些結(jié)論和提出實(shí)驗(yàn)和診斷方面的見解。用MATHEMATICA語言對(duì)SPPS的傳播速度、傳播波長(zhǎng)、傳播距離和趨膚深度進(jìn)行了計(jì)算與分析，并對(duì)有可能進(jìn)行