基于表面等离效应中单元结构多重几何特征依赖性的微纳滤光器

论文摘要

表面等离激元(SPPs)和局域表面等离子体(LSPs)是表面等离子体(SPs)的两种表现形式,并且具有局部场增强特性、亚波长以及场强局域化的特点。根据以上这些特性,表面等离子体能够在光子器件、红外遥感和生物传感等应用领域产生重大的影响。随着学者们对其的深入研究,逐渐形成了表面等离子体光子学(Plasmonics)这一学科。对于金属薄膜上孔阵列所产生的表面等离子体效应的研究,以及该效应所能设计出的器件,是近年来在表面等离子体光子学上的两个重要分支。本文采用了时域有限差分(FDTD)的方法,离散地处理了麦克斯韦方程,对光与物质作用的整个过程进行了仿真。研究了具有多重几何特征的周期性空心圆环孔阵列金属薄膜微结构,以及结构中增强光的透射特性。此外,基于多重几何特征所产生的不同共振模式,和它们之间的相互影响,设计了一种新型的表面等离子体滤光器,并验证了其可行性。主要内容如下所述:(1)解释并说明了表面等离子体的基本原理以及它所产生的增强光透射现象(EOT),调研了该课题在国内外的研究背景和现状;对FDTD方法离散麦克斯韦方程进行了详尽的阐述,在波源的设置、边界条件的采用和实验参数的设置上作了细致的分析。(2)数值模拟了不同孔阵列的增强光透射过程(圆、圆环、空心圆环孔阵列)。研究结果发现,空心圆环孔结构中不同几何特征所产生的共振模式相互耦合,会使得圆内SPPs共振模式下产生的电荷与外圆环内LSPs共振模式下产生的电荷发生转移。从而导致SPPs共振模式与LSPs共振模式相互影响,进而使得二者在可见光波段以及近红外波段产生的透射峰发生变化。(3)基于多重几何特征所产生的不同共振模式相互耦合的特征,提出并设计了一种新型表面等离子体滤光器。在性能上,通过仿真的方式系统地研究了在不同的单元几何参数下,滤光器性能受到的影响,实验表明:几何参数的改变,能够有效地调节表面等离子体滤光器的性能。在结构上,滤光器的尺寸小和结构简单等优点,能够使其在集成电路等的应用上发挥作用。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 文奎

导师: 王新林

关键词: 表面等离子体,表面等离子体滤光器,亚波长金属薄膜孔阵列,多重几何特征分布,时域有限差分方法

来源: 南华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,工业通用技术及设备

单位: 南华大学

分类号: TB851.7;O53

DOI: 10.27234/d.cnki.gnhuu.2019.000333

总页数: 62

文件大小: 6844K

下载量: 40

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标签：表面等离子体论文;  表面等离子体滤光器论文;  亚波长金属薄膜孔阵列论文;  多重几何特征分布论文;  时域有限差分方法论文;