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几种典型结构中表面等离子体耦合和透射特性研究

马利国  
【摘要】: 近些年来,传统介质集成光学器件由于衍射极限的限制,在小型化、集成化方面遇到瓶颈,而表面等离子体波可以把能量高度限制在金属介质分界面处。因此,人们开始关注表面等离子体波及其器件,希望能够在微纳米级的器件中得到广泛应用。全文主要利用ISE TCAD软件对几种典型微纳米级的二维结构进行设计和模拟,分析器件由于表面等离子体现象所引起的电磁辐射耦合和透射特性。全文的研究工作分为五章,内容如下: 第一章概述了表面等离子体理论和发展史,并且简单介绍了论文所采用的数值模拟软件ISE TCAD。 第二章介绍了表面等离子体的基本电磁理论和表面等离子体波的四个特征长度参数以及表面等离子体波的几种激发方式。 第三章总结了ISE TCAD模拟软件所采用的EMLAB电磁模块,并结合洛伦兹色散模型推导得出描述无穷半平面金属中电磁场传播过程的有限时域差分(FiniteDifference Time Domain,FDTD)法迭代方程组。 第四章分析了金属和介质组成的三种典型结构中外加电磁场与表面等离子体波的耦合特性,通过对这几种结构中表面等离子波衰减曲线的比较得到了最佳耦合情况下的结构参数。 第五章模拟了外加电磁场在单边凹槽、双边凹槽和凹槽内嵌谐振腔这三种结构中的透射情况,最后结合模拟结果重点对两边凹槽内嵌谐振腔的共振频率进行了理论分析。


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