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亚波长金属周期结构中表面等离激元带隙的研究

邵明睿  
【摘要】:亚波长金属材料在凝聚态物理和近场光学等领域具有很大的发展空间和潜在应用,因而受到广泛的关注研究。在亚波长尺度的光学现象中,表面等离激元(Surface Plasmon, SP)起到至关重要的作用。所谓表面等离激元即在金属/介电界面上传播的电荷密度波,为克服光电器件集成的困难带来了新的可能性,相关研究在离激元芯片、光发射、光存储、光刻技术、显微技术和生物光学等领域上具有广泛的应用前景。随着近年来微加工技术的进步,等离激元学(Plasmonics)正迅速发展成为一门前沿学科。本文的主要内容是研究周期性金属微纳结构对表面等离激元带隙的调控,同时探讨它们在新型光电材料和器件中可能的应用,具体内容如下: 第一,我们基于严格耦合波分析法(RCWA),对一维周期光栅结构中表面等离激元能带进行研究,计算和分析了系统中特定几何参数对表面等离激元带隙位置与宽度的影响,并推广到双周期光栅结构的情形。 第二,我们利用一维周期光栅中的表面等离激元能带对亚波长金属小孔阵列中光透射进行调控。基于时域有限差分法(FDTD)的模拟计算表明,通过将亚波长小孔阵列与光栅中凹槽进行组合,表面等离激元带隙将导致系统中特定的光透射峰被抑制,出现劈裂、峰移等情形。我们对这些现象的微观机制展开分析讨论,部分计算结果得到实验验证。 总之,本文研究了亚波长金属周期结构上表面等离激元特性,并探讨了它在新型光电材料及器件中的应用。研究结果为亚波长光子器件的设计提供参考,在实现电磁波的调控方面具有一定的借鉴意义。


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