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基于SPPs亚波长光控制器件的研究

陈洪锋  
【摘要】:表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是由光子与金属表面的自由电子相互碰撞作用而被约束在金属表面的电磁波,可以将光束缚在亚波长结构中传播,打破了衍射极限的限制,极大地缩小了光子器件的尺寸。SPPs具有近场聚集、透射增强、超高分辨率成像等突出特性,因此,SPPs在光子器件、超分辨成像、生物传感等相关领域都有潜在的利用价值。 本文首先综述了SPPs的研究背景与发展历史,介绍了进行分析SPPs模场分布所采用的时域有限差分(FDTD)数值模拟方法和SPPs的基本理论。 其次,对Kretschmann结构激发SPPs的耦合机制进行了理论分析。研究了不同激发角度下,介质材料、金属膜厚度、形状等因素对激发SPPs的影响,总结了这些因素对激发波长和激发频谱带宽的影响规律,并得到窄带激发SPPs的最优参数组合。 最后,在Kretschmann结构SPPs激发理论的基础上,利用FDTD数值模拟了三角形金属膜激发SPPs的过程,发现在这种结构中存在两种SPPs激发机制:近场激发和Kretschmann激发。设计了周期性三角形金属膜结构,研究了这种结构中SPPs的激发过程以及工作原理,充分利用了Kretschmann激发结构的波长选择性,消除了近场激发的干扰,实现了可将波长为0.6526 m m,0.6888 m m和0.7293 m m的光波分开的分波器,分析了其分波性能。


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