本文選題：表面等離子體激元 + 時(shí)域有限差分法�。� 參考：《大連理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著高速信息時(shí)代的到來(lái),各種軍用或民用領(lǐng)域?qū)τ谖⑿突�、集成化器件的需求越�?lái)越強(qiáng)烈,而現(xiàn)階段主流的集成電路由于“物理極限”而存在“電子瓶頸”。而光子集成便是解決這一“瓶頸”最具有潛力的技術(shù)之一。表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs),由于其獨(dú)特的光學(xué)特性,開(kāi)辟了人類用亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)約束和控制光子的先河。因此,基于表面等離子體激元的微納器件的制作和應(yīng)用,作為光子集成的基礎(chǔ),成為時(shí)下科學(xué)研究的熱點(diǎn)。在分析微納器件的光學(xué)特性和應(yīng)用時(shí),傳統(tǒng)的標(biāo)量衍射理論已不再適應(yīng),必須應(yīng)用矢量衍射理論。本文主要應(yīng)用時(shí)域有限差分法分析了各種金屬的材料特性對(duì)金屬光柵的異常透射現(xiàn)象的影響,在金屬光柵的基礎(chǔ)上,提出一種復(fù)合微納金屬光柵-波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的雙通道帶通濾波器,金屬光柵中矩形凹槽的引入及與波導(dǎo)層的結(jié)合,使該濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)高透射率、窄半峰寬度的雙通道透射。本論文的主要研究工作如下：1.綜述比較各種微納器件數(shù)值分析方法后,結(jié)合微納金屬光柵獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和研究需求,選定時(shí)域有限差分法作為我們的理論研究方法,并以商用軟件FDTD Solutions作為我們數(shù)值建模分析的工具。時(shí)域有限差分法具有直接在時(shí)域計(jì)算、通用性強(qiáng)、簡(jiǎn)單易掌握、適合并行運(yùn)算和高精度等特性。從經(jīng)典的麥克斯韋方程出發(fā),推導(dǎo)時(shí)域有限差分法的算法實(shí)現(xiàn),并分析作為SPPs存在環(huán)境的金屬材料的色散屬性,及幾種常用的數(shù)值模型：Lorentz模型、Drude模型、Drude-Lorentz模型,最后給出我們數(shù)值計(jì)算中采用的各種金屬材質(zhì)在Drude-Lorentz模型中參數(shù)值。2.鑒于現(xiàn)階段金屬材料特性對(duì)金屬光柵中異常透射現(xiàn)象影響的研究空白,我們分析了以Drude-Lorentz模型為色散關(guān)系的各種貴金屬Ag、Au、Cu)和非貴金屬材料(Cr、Ni、 W)及金屬A1的材料特性對(duì)一維金屬光柵的異常透射現(xiàn)象的影響。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn),Ag、 Au、Cu等貴金屬光柵相比于Cr、Ni、W等非貴金屬光柵,在結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的條件下,由于較大的有效縫寬度和較小的吸收,表現(xiàn)出極高的透射峰值。此外,通過(guò)各個(gè)波峰和波谷位置波長(zhǎng)處的電磁場(chǎng)空間分布的分析及波峰和波谷位置波長(zhǎng)隨金屬光柵周期的變化與SPPs散射曲線的對(duì)比發(fā)現(xiàn),金屬光柵的異常透射增強(qiáng)現(xiàn)象與表面等離子體激元的激發(fā)有密不可分的關(guān)系。3.以微納金屬光柵為基礎(chǔ),提出一種復(fù)合微納金屬光柵-波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的雙通道帶通濾波器。該結(jié)構(gòu)能夠在TM光正入射時(shí),實(shí)現(xiàn)高透射率、窄半峰寬度的雙通道透射。通過(guò)數(shù)值建模分析,我們發(fā)現(xiàn)：在金屬光柵上表面中央位置處矩形凹槽的引入,使得透射譜線中的雙峰具有極窄半峰寬度和極深透射深度的特性。因此,矩形凹槽使它成為一種優(yōu)秀的雙通道帶通濾波器。類F-P共振、波導(dǎo)共振和SPPs模式間的耦合和相互作用是該雙通道帶通濾波器的形成機(jī)理,并通過(guò)分析入射角度對(duì)透射譜線雙峰的影響來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。此外,將這一結(jié)構(gòu)推廣到二維復(fù)合微納金屬光柵-波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)非偏振的雙通道帶通濾波器。
[Abstract]:With the advent of high - speed information age , the demand for micro - nano metal grating - waveguide structure has become more and more intense in various military or civilian fields . This paper presents a dual - channel band - pass filter with high transmittance and narrow half - peak width , which is based on micro - nano metal grating .
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN713.5

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2003639