收藏本站
《复旦大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

人工电磁材料及其在亚波长集成光学中的应用

杜骏杰  
【摘要】: 电磁装置正从传统的大于或等于波长的尺度向亚波长尺度发展,一些现象甚至能在几十纳米的装置中实现。人们期望能够集成表面等离子体的,电子的和传统的光学装置于同一个芯片中,使他们各自的优点得到充分的发挥。进一步地,全光控制的集成光路也成为人们的梦想。这使古老的电磁理论再次引起人们的极大关注,相关研究层出不穷。当然,电磁现象研究的这些新进展得益于过去二十多年里理论与实验的突破性进展。 理论上,光子晶体的提出让人们看到了人工电磁材料在调控电磁波方面的巨大潜力。光子晶体展现了众多独特的现象,这包括抑制自发辐射,以及利用其特性制作的全方位的反射镜,光子晶体光纤以及单向波导等。此后,奇异电磁材料(Meta-material)可以构造出等效的负磁导率,从而实现双负折射,也可以通过介电常数和磁导率的复杂空间分布实现电磁隐身。光子晶体中晶格周期通常在半波长的尺度范围内,相比较,奇异电磁材料主要取决于单个散射体的共振,而与周期性关系不大。这些单个散射体的尺寸远小于入射波长,以便于均匀化能够在奇异电磁材料中利用。为了在亚波长集成光学中取得应用,需要在亚波长尺度内操控电磁波,特别是光通讯波段和可见光波段的电磁波。表面等离子体因在这方面的优势而被广泛探讨,这一领域已被称为表面等离子体光子学。表面等离子体可以将光局域在金属表面非常小的范围内,而在两边的媒质中指数衰减。这使得表面等离子体可以在亚波长结构中局域和指导光,由此制成的亚波长元件可能在微型化的光电回路得到应用。 实验上,微纳米加工技术的日益成熟为人工电磁材料走向应用提供了可能,同时也刺激更多的研究组探讨微纳米结构与电磁波的相互作用。 表面等离子体被局域在金属表面,但局域程度越强电磁能量被金属吸收的越多。自然界存在的金属中,几种贵重金属如金和银的吸收最小,但表面等离子体的能量在其表面仍损耗很大,这大大限制了表面等离子体光学器件的应用。我们以金属粒子等离子体波导为例,波导模式能够在这种波导中存在的原因是金属粒子能够支持局域的表面等离子体共振,这是一种亚波长共振。高折射率介质粒子也能够支持亚波长共振,因此我们期盼这些介质粒子排列而成的链也支持类似的波导模式。但一些高率介质材料能够有可忽略的吸收,损耗远低于贵重金属材料。本文中我们将探讨由高折射率介质粒子链形成的波导的光学性质,由于其微型化和低耗的特性,这种波导很有吸引力。 开口环及各种变形结构,是奇异电磁理论中主要的结构单元。开口环能够在其磁共振附近对某些极化的电磁波实现负的磁导率。但直到现在,仍没有严格的解析途径来求解其磁共振。本文中我们基于Mie散射理论严格计算了开口圆柱共振器的电磁散射问题,给出了磁共振的严格解,同时我们也从LC共振出发给出一个很好的经验公式。 本文结构如下:在第一和第二章,我们将分别简单介绍相关的背景知识和本文中用到的研究方法,第三章我们研究光在高折射率介质粒子制成的波导中的亚波长传输特性,第四章研究开口圆柱共振器的磁共振,第五章我们对整个论文作了简短的总结。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O436

免费申请
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴斌;王庆康;;集成表面等离子体共振传感芯片[J];微纳电子技术;2007年09期
2 吴斌;王庆康;;波导型表面等离子体共振传感器传感特性计算[J];微纳电子技术;2007年12期
3 罗吉;庄须叶;倪祖高;姚军;;光纤消逝场传感器传感结构的分析与应用[J];微纳电子技术;2011年06期
4 黄志洵;姜荣;;表面电磁波与表面等离子波[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2011年02期
5 黄志洵;;金属电磁学理论的若干问题[J];中国传媒大学学报(自然科学版);2011年04期
6 曹庄琪,沈启舜,丁渊,桑明煌,袁文,肖平平,徐红萍;单次扫描技术确定金属薄膜的厚度和介电常数[J];江西师范大学学报(自然科学版);2003年03期
7 欧阳坤;况庆强;肖平平;乐建新;;基于衰减全反射结构的微小位移的实时测量[J];江西师范大学学报(自然科学版);2008年03期
8 况庆强;肖平平;桑明煌;;平板波导介质层平行度对衰减全反射曲线的影响[J];江西师范大学学报(自然科学版);2008年05期
9 朱彩莲,曹振新,吴乐南,杨洋;光纤表面等离子体波传感器中共振波长的理论计算[J];传感技术学报;2004年01期
10 刘国华;张维;常露;邝丽丽;尹文武;牛文成;;SPR生物传感系统及其对DNA的检测分析[J];传感技术学报;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 杜艳;梁大开;曾捷;;表面等离子体波传感器波长调制理论研究[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年
2 申宁馨;彭承琳;;多通道表面等离子体子共振传感器的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
3 史坚;曹庄琪;沈启舜;;用衰减全反射方法对微小位移进行实时测量[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 燕保荣;电磁波与低维固体表面等离体子相互作用的研究[D];华中科技大学;2010年
2 邵伟伟;光折变表面波及其在表面等离子体激元长程传播中的应用[D];南开大学;2010年
3 沈云;微纳结构光学微腔中的光学双稳与耦合慢光传输[D];武汉大学;2009年
4 王丽英;纳米材料在表面等离子体共振传感器中的应用[D];吉林大学;2011年
5 李旭峰;表面等离子体激元在近场光刻及微纳波导中应用的初步理论研究[D];大连理工大学;2011年
6 熊学辉;平面光栅阵列纳米尺度光子控制及其应用技术研究[D];华中科技大学;2011年
7 高洪营;扫描隧道显微镜诱导的金属表面有机分子多层膜发光研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 刘志锋;亚波长孔阵列的异常光学、声学透射[D];南京大学;2011年
9 谢素霞;亚波长周期结构的超强光透射及其调控的研究[D];中南大学;2011年
10 田东斌;环形光栅包层THz空芯波导器件的研究[D];电子科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曲丽洁;用于动物性食品中莱克多巴胺快速检测的SPR技术研究[D];华中农业大学;2010年
2 李青;微型PDMS SPR传感器研究[D];长春理工大学;2010年
3 李奇林;全自动多通道SPR检测仪器的设计与实现[D];浙江大学;2011年
4 柯智慧;表面等离子体聚焦调制及增强太阳能电池吸收研究[D];电子科技大学;2011年
5 任常瑞;表面等离激元增强氮化硅基MIS器件的电致发光[D];浙江大学;2011年
6 张亚民;SiNWFET装配方法与I-V特性研究[D];北方工业大学;2011年
7 姚元元;表面等离子体共振用于磺胺甲噁唑与血清白蛋白作用研究[D];山东农业大学;2011年
8 魏传平;乙酰甲胺膦和吲哚乙酸分子印迹SPR传感器制备及分析应用[D];山东农业大学;2011年
9 杜杉;超薄表面等离子共振传感器设计与表面等离子波导耦合的研究[D];北京交通大学;2011年
10 董广才;基于光子晶体辅助的锥形结构表面等离子体激元的研究[D];吉林大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘玉玲,卢振武,任智斌,李凤有,曹召良;旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析[J];光子学报;2003年10期
2 曹召良,卢振武,张平,王淑荣,赵晶丽,李凤有;红外30μm亚波长抗反射光栅的制作[J];红外与毫米波学报;2004年01期
3 鱼卫星,卢振武,王鹏,翁志成;亚波长周期结构与多层增透膜反射特性的比较[J];光学精密工程;2001年01期
4 刘玉玲,卢振武,任智斌,李凤有,曹召良,孙强;亚波长衍射微透镜的设计[J];光子学报;2004年01期
5 傅克祥,文军,周传宏,王植恒;亚波长位相光栅矢量衍射理论的数值计算[J];大连理工大学学报;1997年S2期
6 曹召良,卢振武,李凤有,孙强,任智斌,赵晶丽;亚波长介质光栅的制作误差分析[J];光子学报;2004年01期
7 童元伟;田双;庄松林;;等效折射率为非-1时的亚波长成像[J];物理学报;2011年05期
8 曹召良,卢振武,李凤友,张慧娟,孙强;二维抗反射亚波长周期结构光栅的设计分析[J];光学精密工程;2002年06期
9 刘玉玲,卢振武;亚波长衍射微透镜色散的数值分析[J];物理学报;2004年06期
10 童利民;潘欣云;;亚波长直径光纤的光学传输特性及其应用[J];物理;2007年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 卓丽霞;唐武;戴瑶;翁小龙;邓龙江;;膜厚对亚波长铝光栅红外反射率的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
2 孙梅;;亚波长空气孔形状变化对传输特性的影响[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
3 张岩;王艳花;孟阔;;太赫兹波段亚波长狭缝的共振带隙[A];第七届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集[C];2007年
4 张成义;陶纯堪;;基于Talbot效应的莫尔技术在亚波长成像中的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
5 陈献;郝寅雷;杨建义;王明华;江晓清;;新型等离子波槽形波导结构[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
6 陈艳;姜田;冯一军;;电负媒质和磁负媒质填充的矩形谐振腔特性分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第三册)[C];2006年
7 明海;王沛;鲁拥华;;金属复合微纳结构的表面等离子体的全光调控和传感的研究[A];2008介观光学及其应用研讨会论文集[C];2008年
8 许吉;;双层亚波长金属栅结构中的透射抑制现象及单向透射行为[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
9 刘炜;陈志宁;刘发林;;SIW单槽馈电的基板集成亚波长Fabry-Perot金属腔天线[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2011年
10 翟艳花;陈希浩;吴令安;;独立伪热光源的双光子干涉[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 浙江大学超大规模IC设计研 究所 史峥 沈珊瑚 严晓浪;来自亚100纳米可制造性的挑战[N];计算机世界;2005年
2 俞家骅;兰花:驶入产销两旺轨道[N];中国黄金报;2004年
3 ;新发光体研制有突破[N];计算机世界;2003年
4 本报记者 赵霞;诠释智能光网络[N];计算机世界;2001年
5 本报记者 路由;快不仅仅在调制的速度上[N];网络世界;2001年
6 ;中国电信引入阿尔卡特电信级光网关[N];人民邮电;2001年
7 新华;南京专家寻找神秘“隐身世界”[N];江苏科技报;2008年
8 冯卫东;一种新材料可提高超声成像质量[N];科技日报;2010年
9 常丽君;硅表面生长纳米激光器技术问世[N];科技日报;2011年
10 记者 刘霞;科学家构建出零折射率“超材料”[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘玉玲;亚波长衍射微透镜的严格矢量分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
2 施雷;亚波长直径氧化硅光波导的制备及其应用研究[D];上海交通大学;2009年
3 康明;基于亚波长金属微结构的光场调控[D];南开大学;2012年
4 李鑫;周期微结构中电磁波的反射透射及吸收特性研究[D];复旦大学;2008年
5 刘坚强;亚波长金属材料及低维纳米结构光学性能调控研究[D];湖南大学;2009年
6 林晓雯;结合光栅结构的液晶光子学器件研究[D];南京大学;2013年
7 张成义;周期结构成像理论及其应用研究[D];南京理工大学;2007年
8 刘炜;基于基片集成波导的宽带带通滤波器和Fabry-Perot谐振天线研究[D];中国科学技术大学;2014年
9 聂娅 ;亚波长光学元件的特性及应用研究[D];四川大学;2004年
10 胡锡奎;基于周期结构的波前调控及其应用[D];南京大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹静;亚波长结构器件的电磁波吸收特性及应用研究[D];苏州大学;2014年
2 曹召良;亚波长抗反射光栅的设计分析与制作[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
3 葛桂菊;热光关联空间滤波与亚波长干涉[D];烟台大学;2010年
4 董宏韬;基于锥形微米管的亚波长聚焦效应的研究[D];浙江大学;2011年
5 王婷婷;远场亚波长聚焦方法与实验的研究[D];浙江大学;2012年
6 戴芬芬;亚波长直径液芯光纤的制备及其应用探索[D];上海交通大学;2010年
7 居瓅;金属亚波长小孔阵列的模型调整及透射特性研究[D];复旦大学;2012年
8 孟晴晴;基于超材料的亚波长成像与聚焦研究[D];兰州大学;2011年
9 聂娅;亚波长介质光栅的导模共振效应特性研究[D];四川大学;2001年
10 文明;基于FDTD的亚波长孔阵列金属薄膜光透射率研究[D];南华大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026