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基于倏逝波耦合等离子体共振波导的理论研究

王跃科  
【摘要】: 近年来,对表面等离子体激元的研究引起了人们广泛的关注和极大的兴趣。该领域的研究进展对纳米光学的发展和光子学器件的小型化都有深远的影响。本论文主要研究了基于表面等离子体激元原理的耦合等离子体共振波导(Coupled-Plasmon-Resonate Waveguide, CPRW)理论。 首先,从理论上阐述了TM模式耦合等离子体共振波导的基本原理。然后利用布洛赫理论分析了CPRW中存在的倏逝波的带结构,利用传输矩阵的方法讨论了有限周期的CPRW的透过率特性。我们还利用CPRW结构的透过率特性,将其用于制作密集型波分复用器和可调谐滤波器。 我们将表面等离子体激元按极化方式分为TM模式和TE模式,在理论上推导了这两类表面激元存在的条件。分别详尽的讨论了在负磁导率材料(Negative Magnetic Permeability Materials, NMPM)、负介电常数材料(Negative Dielectric Permittivity Materials, NDPM)和左手材料(Left Hand Materials, LHM)三种材料的表面激发的表面等离子体激元的存在条件和相应的色散关系。 根据耦合等离子体波导理论和表面等离子体激元原理,我们在理论上分别提出了利用负磁导率材料和左手材料制作的两种TE模式的耦合等离子体共振波导。利用布洛赫理论和传输矩阵讨论其带结构和导波特性。并将这两种新型的CPRW与TM模式的CPRW进行了对比。


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