本文關(guān)鍵詞：異質(zhì)光學(xué)納米天線共振與偶極源輻射調(diào)控特性研究

  更多相關(guān)文章： 納米天線 表面等離子體共振 相稱共振 共振波長 環(huán)形磁極矩

【摘要】：表面等離子體納米微腔、納米棒及其陣列是進(jìn)行光學(xué)納米天線設(shè)計(jì)的基本單元。由于表面等離子體納米天線可應(yīng)用于表面增強(qiáng)的拉曼散射、太陽能利用、光學(xué)傳感、非線性增強(qiáng)以及成像等領(lǐng)域,因此得到了廣泛的研究。目前,理論上已經(jīng)能對單個納米棒共振波長進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,但對于對稱耦合納米棒及其異質(zhì)光學(xué)納米天線的有效理論研究卻依然缺乏。在金屬光學(xué)納米天線中,沿著徑向偏振的表面等離子體波在納米天線的末端面會有一個非常規(guī)的反射相位,這個相位變化與納米天線本身的結(jié)構(gòu)、端面特性、周圍介質(zhì)特性以及入射光的波長等密切相關(guān)。然而在可見光頻段,由于納米天線較強(qiáng)的共振耦合作用,宏觀理論中末端面的反射系數(shù)、反射振幅及反射相位的一些方法不再適應(yīng)。因此,建立一套新的簡潔有效的全解析或半解析理論來定性地描述納米天線的共振特性顯得十分必要。針對這一問題,本文發(fā)展了一套可適用于不同形狀和耦合方式的光學(xué)納米天線的電磁散射理論,并基于其研究了單個柱形金屬納米棒、二維金屬-介電-金屬(Metal-Dielectric-Metal,MDM)波導(dǎo)、耦合對稱和耦合非對稱圓形端面的金屬納米棒以及耦合納米盤等納米天線的共振特性。結(jié)合索末菲表面波理論和不同結(jié)構(gòu)納米天線內(nèi)部電磁場和外部電磁場的分布特點(diǎn),利用傳輸線理論和等效電路方法明確定義了納米天線臂末端面的復(fù)反射系數(shù)。通過該復(fù)反射系數(shù)計(jì)算出納米天線末端面的反射相位,最后利用Fabry-Pérot腔共振相位匹配條件預(yù)測出來納米天線的共振波長。基于此,我們嚴(yán)格地分析和計(jì)算了不同納米天線結(jié)構(gòu)在不同參數(shù)(如納米天線材料、長度和半徑,不同的背景介質(zhì)的介電常數(shù)等)條件下的共振波長,理論結(jié)果與三維全波電磁數(shù)值計(jì)算(基于COMSOL Multiphysics)吻合的很好。通過調(diào)節(jié)納米天線結(jié)構(gòu)參數(shù)可以得到特定波長下的共振以及不同階數(shù)下同一波長下的共振,我們實(shí)現(xiàn)了“相稱共振”,并驗(yàn)證了其中偶極輻射效率調(diào)控方面的增強(qiáng)效應(yīng)。最后,通過進(jìn)一步調(diào)整納米天線的長徑比實(shí)現(xiàn)耦合納米盤天線,我們發(fā)現(xiàn)一種非常特殊的“環(huán)形磁場模式”。計(jì)算結(jié)果表明這種共振模式的模場分布于偶極輻射場可以高度匹配,因而在其作用下,偶極源的輻射衰減率會得到近三個量級的增強(qiáng)。本文研究結(jié)果對于設(shè)計(jì)光學(xué)納米天線具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義,并對基于納米天線的表面光譜,發(fā)光特性,以及基于異質(zhì)納米微腔的相關(guān)光學(xué)效應(yīng)研究都有一定幫助。
【關(guān)鍵詞】：納米天線 表面等離子體共振 相稱共振 共振波長 環(huán)形磁極矩
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN826
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析10-12
• 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 傳輸線理論和等效電路14-21
• 2.1 傳輸線理論14-18
• 2.1.1 傳輸線等效電路14-15
• 2.1.2 傳輸線方程15-17
• 2.1.3 反射系數(shù)17-18
• 2.2 單個納米球光散射的等效電路描述18-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第3章 單個光學(xué)納米天線的共振特性21-32
• 3.1 電偶極子輻射基本特性21-22
• 3.2 單個棒狀光學(xué)納米天線的共振特性22-27
• 3.2.1 末端表面等離子體波反射系數(shù)22-24
• 3.2.2 理論及數(shù)值結(jié)果比較24-27
• 3.3 球形端面光學(xué)納米天線的共振特性27-31
• 3.3.1 納米球形顆粒的等效電路27-28
• 3.3.2 納米天線共振特性28-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第4章 耦合納米天線的共振特性研究32-40
• 4.1 異質(zhì)納米天線的傳輸線與等效電路描述32-34
• 4.2 對稱耦合納米天線理論與數(shù)值結(jié)果34-36
• 4.3 非對稱耦合納米天線理論與數(shù)值結(jié)果36-39
• 4.3.1 理論預(yù)測與數(shù)值結(jié)果36-37
• 4.3.2 相稱共振理論37-39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第5章 耦合納米盤天線的共振特性40-52
• 5.1 二維MDM波導(dǎo)末端SP波散射特性40-46
• 5.1.1 末端SP波反射系數(shù)40-42
• 5.1.2 SP波電磁場及色散方程42-46
• 5.2 MDM波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)對腔共振模的調(diào)制46-48
• 5.2.1 MDM波導(dǎo)中散射橫截面46-47
• 5.2.2 散射特性研究47-48
• 5.3 耦合納米盤結(jié)構(gòu)的輻射調(diào)制特性48-51
• 5.3.1 輻射衰減譜線的數(shù)值計(jì)算48-49
• 5.3.2 表面電荷及磁場分布49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57-59
• 致謝59

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 施華,舒琳,王均宏;手機(jī)天線的研究進(jìn)展[J];移動通信;2002年11期

2 楊艾青;李春禾;;天線基礎(chǔ)知識(二)[J];內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù);2003年04期

3 王亞萍;;移動天線應(yīng)用及技術(shù)探討[J];石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2007年S1期

4 黃裕厚;;低頻和甚低頻螺旋頂負(fù)載天線[J];電波科學(xué)學(xué)報;1990年03期

5 吳健;馮正和;;一種帶有寄生分枝的倒置F型雙頻天線[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2006年18期

6 姚育翠;李占邦;王新田;溫振超;洪雷;胡平;;電磁隔離耦合式合成場天線[J];廣播與電視技術(shù);2007年01期

7 Keng Chen;Kimmo Koskiniemi;;為手持設(shè)備選擇合適的天線[J];今日電子;2008年03期

8 郁明祥;劉學(xué)觀;;淺談手機(jī)天線的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與思路[J];科技風(fēng);2009年18期

9 李高升;劉培國;劉繼斌;覃宇建;;天線基本概念和原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];電氣電子教學(xué)學(xué)報;2010年05期

10 趙建鋒;;城市主城區(qū)天線掛高和傾角對覆蓋的影響[J];中小企業(yè)管理與科技(上旬刊);2012年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝處方;;2000年天線展望[A];IEEE北京分會第一屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1987年

2 王致遠(yuǎn);倪文俊;蔣凡杰;;螺旋加載倒F天線的設(shè)計(jì)[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

3 李曉燕;李江波;;中波小天線介紹與應(yīng)用[A];2007第二屆全國廣播電視技術(shù)論文集2（上）[C];2007年

4 李宗謙;;天線口面的平均亮溫度[A];1995年全國微波會議論文集（下冊）[C];1995年

5 楊振超;聶在平;宗顯政;班永靈;;手機(jī)天線在整機(jī)環(huán)境下的效率分析與仿真[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

6 趙陽;張志軍;馮正和;李展;;全金屬無切縫腔體天線的技術(shù)研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

7 陳志雨;;用GTEM小室做天線測量[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

8 覃正;陳紹汀;;國外SAR天線的發(fā)展[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第二卷）[C];1996年

9 蔣頡;周蔚紅;何建國;;微波熱療天線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

10 張加坤;胡皓全;楊顯清;趙家升;;線天線輻射近區(qū)場強(qiáng)計(jì)算[A];第十四屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 大連移動通信公司工程師 李軍;天線美化漸成趨勢[N];經(jīng)濟(jì)日報;2006年

2 ;無線語錄增益天線[N];電腦報;2005年

3 ;C網(wǎng)優(yōu)化中的天線仿真研究[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2003年

4 羅清岳;智能型GPS導(dǎo)航天線的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[N];電子資訊時報;2006年

5 趙如兵;解讀移動通信天線參數(shù)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2003年

6 記者 華凌;你想“遁形”，，就在身邊放些小天線[N];科技日報;2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉逢雪;織物可穿戴天線及其應(yīng)用研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

2 肖紹球;平面型可重構(gòu)天線研究[D];電子科技大學(xué);2003年

3 宗顯政;平臺與天線的一體化電磁建模及工程實(shí)踐研究[D];電子科技大學(xué);2008年

4 韓國瑞;封裝天線的電磁兼容特性研究[D];山西大學(xué);2013年

5 魏文博;可重構(gòu)天線研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

6 陳瑾;寬帶小型化天線及多頻帶/超寬帶印刷天線研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

7 楊樺;托卡馬克中離子回旋天線的相關(guān)理論研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

8 凌勁;混合快速算法在天線輻射和散射問題中的研究與應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2011年

9 王琪;天線的小型化技術(shù)與寬頻帶特性的研究[D];電子科技大學(xué);2004年

10 周蔚紅;時域天線在無載波脈沖探地雷達(dá)中的理論及應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王明啟;多頻微帶RFID閱讀器天線的研究與設(shè)計(jì)[D];貴州大學(xué);2015年

2 張?jiān)?共形全息人工阻抗表面天線的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 陳龍;基于復(fù)合左右手傳輸線的濾波天線研究[D];電子科技大學(xué);2015年

4 王建偉;小型化印刷天線在寬帶通信中的應(yīng)用設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

5 傅琦;高峰值功率天線和可重構(gòu)太赫茲吸收器的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

6 王大昌;有限區(qū)域內(nèi)多個天線之間干擾預(yù)測與布局優(yōu)化研究[D];電子科技大學(xué);2015年

7 周鵬;寬帶小型化的高性能鞭天線研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 馬曉娜;幾種典型的小型化印刷天線的設(shè)計(jì)與研制[D];電子科技大學(xué);2014年

9 袁睿;人體中心通信可穿戴天線研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 杜雷剛;結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)功能一體化天線電性能的影響分析[D];西安電子科技大學(xué);2014年

本文編號：991354