收藏本站
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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20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
11 尹韶云;高洪涛;杜春雷;;基于亚波长金属结构的大数值孔径透镜[J];红外与激光工程;2010年01期
12 孙琳;袁建民;;亚波长割线对结构的太赫兹共振特性[J];国防科技大学学报;2011年03期
13 李敏;张志友;石莎;杜惊雷;;亚波长金属聚焦透镜结构参数的优化与分析[J];物理学报;2010年02期
14 王建永;李庆武;赵长青;;旋转体时域有限差分法的另一推导方法和单向波方程吸收边界条件[J];光子学报;2007年01期
15 夏天;;纳米线激光器实现亚波长能成像[J];激光与光电子学进展;2007年10期
16 史林兴;王莉;李华;汤炳书;;表面等离子体激元透镜设计及其数值计算[J];光学精密工程;2010年03期
17 侯建平;盖双龙;李鹏;宁韬;郝建苹;赵建林;;一种微纳光纤损耗测试方法的实验研究[J];半导体光电;2010年05期
18 冯沁;徐挺;潘丽;胡承刚;王长涛;赵泽宇;邱传凯;杨欢;罗先刚;;亚波长结构材料及其在纳光子器件中的应用[J];激光与光电子学进展;2009年10期
19 孙梅;徐德刚;邢素霞;姚建铨;;亚波长环形电磁结构的光学特性研究[J];光学学报;2010年01期
20 于永江;陈建农;王菲菲;;聚焦径向调制Bessel-Gaussian光束实现亚波长尺寸纵向偏振光束[J];物理学报;2011年04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
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
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978