【摘要】：表面等離子激元(SPPs)是產(chǎn)生于金屬和介質界面處的一種振蕩的電磁波。它可以沿著界面的水平方向傳播,而其能量局限于金屬表面并沿界面的垂直方向呈指數(shù)衰減。SPPs憑借其能突破衍射極限、局域分布等特性,在生物傳感、集成電路等方面得到了廣泛的應用。小型化是光電器件的發(fā)展趨勢,SPPs用于光電器件,有望將光電器件尺度縮小至納米級。然而,SPPs在傳播過程中遇到彎角或者小的斜坡都會引起極大的散射,而設計小型化器件時,無法給SPPs提供直線型的傳播路徑,嚴重降低其傳輸效率。因此如何引導SPPs無損繞過彎角或斜坡,已成為該領域亟需解決的問題。針對這一難題,本文提出利用極值異向介質設計SPPs隱身器件的方法。通過設計極值異向介質,控制SPPs的傳播軌跡,使其無損繞過障礙物,從而有望解決這一關鍵問題。本文利用該介質的無衍射特性,從理論上分析其透射率,得出全透射條件公式�；诖斯�,本文設計出了三種隱身器件,并對它們進行了仿真驗證�？紤]到光頻段實驗的復雜性,利用人工表面等離子激元(SpoofSPPs),作者在微波頻段對其中的兩種隱身器件進行了實驗驗證。仿真及實驗結果表明,本文提出的SPPs隱身器件能夠有效地引導SPPs無損繞過障礙物,實現(xiàn)隱身效果。該器件的設計方法簡單、魯棒性強,設計出的隱身器件工作帶寬大。本文提出的設計方法將有助于拓展操控SPPs及光子電路等方面的應用。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441
【圖文】：

Ｐｅｎｄｒｙ的坐標變換方法主要借助于麥克斯韋方程的形式不變性，即通過變換逡逑之后，麥克斯韋方程依然與原來的形式一致，改變的只有對應坐標上的電磁參數(shù)。逡逑如圖１．１所示，對自由空間進行坐標變換后形成一個球形區(qū)域（圖１．１（ａ）紅色區(qū)逡逑域）。電磁波在傳播途中遇到該區(qū)域后，不會進入該區(qū)域，而是從周圍繞行，繞逡逑過該區(qū)域后，電磁波又會按原來的方向繼續(xù)向前傳播。圖１．１（ａ）中的藍色區(qū)域即逡逑為通過坐標變換方法設計出的隱身器件，這種方法能在理論上實現(xiàn)完美的隱身。逡逑２逡逑

了這一介質在特定頻段上的等效折射率為負數(shù)［２７］。在以上各種研究成果的指導逡逑下，國際上的研究者們對異向介質的研究產(chǎn)生了極大的熱情，先后提出了多種具逡逑有不同性能的異向介質材料，如圖１．２所示。這些介質都產(chǎn)生了很多奇特的現(xiàn)象，逡逑如逆古斯－漢森位移１２８，２９１、逆契倫科夫輻射［３Ｑ】、負折射【２７，３１，３２】等等。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑（ｄ）邐（ｅ）邐（ｆ）邐＿逡逑圖１．２邋（ａ）邋—維ＳＲＲ／Ｒｏｄ型異向介質［３３］；邋（ｂ）二維ＳＲＲ／Ｒｏｄ型異向介質〖２７］；邋（ｃ）軸對稱逡逑ＳＲＲ型異向介質【３４１；邋（ｄ）邋Ｏｍｅｇｅ型異向介質［３４］；邋（ｅ）邋Ｓ型異向介質（ｆ）閉合環(huán)型異向逡逑介質［３５】。逡逑目前設計出的異向介質，電磁參數(shù)絕大部分為各向異性，有些可能是雙各向逡逑異性的。它可以用于很多新型電磁設備的設計，有著廣泛的應用前景。２００３年，逡逑異向介質這項研究被《Ｓｃｉｅｎｃｅ》列入“十大科技突破”，可見異向介質對人類科學逡逑研究的重要性。逡逑１．３表面等離子激元簡介逡逑表面等離子激元（Ｓｕｒｆａｃｅ邋ＰｌａｓｍｏｎＰｏｌａｒｉｔｏｎｓ，筒稱ＳＰＰｓ）作為一種表面波，逡逑是由金屬表面上自由振動的光子和電子作用產(chǎn)生的。在金屬表面處，其場強達到逡逑５逡逑

逑峰值，在界面的垂直方向上場強逐漸衰減。ＳＰＰｓ的應用研究領域遍及生物傳感、逡逑光子學、太陽能生物電池等（如圖１．３所示）。逡逑（ａ）邐（ｂ）邋ｎ邋ｉ邋１１１邋＾逡逑ｌｉｇｈｔ邐Ｉ邐＾邐．邐！邋３－０邋ｃＶ逡逑Ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｆｉｍｏｎａｎｌｓｎｒ＾邐ｉ邋？邋＜＊＇，１＂ｎ，＇，ｍ，ｎ．，ｉｍ＞邐＾１＂＂＂＂．＂＂；＊邋ｉ邋＂ＺＴ逡逑曹＊＂Ｖ？，g科％ｒ；－＜ｗｓｓｉ＾邋ｒ逡逑，灥、一邋夯一‘逡逑Ｓ？邋ｍｅｓａ邐邐邐｜邐■＿＿！}0＇＾＿１＆}瑁擼迾颹媙耐１邋灥媟咖？？ｉ丨＆ｉｉｉｉｌｉ邋Ｔ邋．逡逑＃幔簦瑁錚洌?邐Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ邐邐；逡逑｜邋ＥｌｅｃｔsE你．邐／￥，．．．ＥＬ．＾邐Ｉ＾Ｃ０ｎｔ３Ｃｔ逡逑＊邋－ＨＪＴｊｒＬ邐喻邋＊邐＼邐＼＊＾ｚ—＾逡逑Ｏｐｔｉｃａｌ邋ｗａｖｅ邋；ｎ邐＾邋■ａｒｙ？，．．１＾邋＾邐？／￣＼邋廣＇■－0邋＇逡逑Ａｃｔｉｖｅ邋ｍａｔｅｒｉａ｝逡逑圖１．３邋（ａ）使用ＳＰＰｓ設計光收集器的原理圖Ｎｌ；邋（ｂ）使用ＳＰＰｓ設計光伏器件示意圖Ｐ７〗。逡逑表面等離子激元的發(fā)展可以追溯到１９０２年，Ｗｏｏｄ在一次光學實驗中，發(fā)逡逑現(xiàn)等離子激元之間存在共振現(xiàn)象［３８］。１９４１年，Ｆａｎｏ等人利用金屬和空氣界面上逡逑激發(fā)出的電磁波解釋了邋Ｗｏｏｄ提出的共振現(xiàn)象［３９］。后來Ｒｉｔｃｈｉｅ發(fā)現(xiàn)

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本文編號：2761242