等效表面等离子激元的理论与应用研究

发布时间：2020-11-06 18:33

　　 表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是一种光频段沿金属与介质交界面传输的表面波,具有显著的亚波长约束、近场增强和慢波特性。2004年,Pendry教授提出了人工表面等离激元(Spoof SPPs)的概念并由Hibbins等人在微波段得以验证。2016年,Engheta教授提出了等效表面等离子激元(Effective SPPs)的概念,2017年,我们课题组对Effective SPPs进行了理论和实验验证。本文针对Effective SPPs开展了理论和应用研究,主要包括:1.研究了多层系统中的耦合Effective SPPs模式色散特性和传输特性。具体推导了矩形波导和平行板波导中等效IMI(绝缘体/金属/绝缘体)和等效MIM(金属/绝缘体/金属)结构中耦合Effective SPPs模式的解析色散方程,解析和仿真结果吻合良好,这表明,等效IMI和MIM结构很好地模拟了光波段的IMI和MIM异质结构。2.设计了一种基于Effective SPPs的带通滤波器。该带通滤波器由两个横向宽度不等的矩形波导上下组合而成,两个波导交界面处周期分布着横向槽,研究表明可以通过调节上侧窄波导的宽度来灵活调控滤波器的带宽,带宽内,该滤波器插损小。3.提出了利用填充等效ENZ材料的通道连接两个等离子波导实现Spoof SPPs的隧穿效应。在介质填充的矩形波导上层金属壁刻蚀周期性的亚波长凹槽以支持Spoof SPPs的高效传输。通过改变等效ENZ材料的相对介电常数可以灵活地调控隧穿的频点。该方法可以实现Spoof SPPs在直通和弯折通道内低损耗的高效传输。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN713
【部分图文】：

+ + + - - - + + +- - -金属xyH图 1.2 金属与电介质交界面 SPPs 的场分布散关系方程我们可以知道 SPPs 以表面波的形式沿着金属与介质的场的幅值最大，在垂直于交界面方向随着距离的增大而呈现指数衰属与介质交界面的电场与电子密度分布态势图，形象的描述了波在波为 TE 极化的情况，采用与上述 TM 极化类似的分析方法，将电。根据边界条件，对于 z=0 处电磁场分量连续，需满足1 1 2A ( k k ) 所以等式成立的条件为1A 0，然后推出1 2A A 0。显然，TE 极属的交界面激励出 SPPs。

图 1.4 刻蚀周期孔洞的二维理想导体散关系栅结构为例来分析 Spoof SPPs 的色散关系。在这凹槽宽度为 a[38]。xyⅡⅠ x=1 y= x=d/a μx=HEkkxnductor Perfect Conxyz何结构 （b）等效 1.5 半无限大一维光栅结构及等效媒质示意图半无限大的金属表面刻蚀了周期性的凹槽，当 T沿 x 方向的分量为k ，则入射波的电场和磁场可

1, 1y z xx （1.22），对于 TM 极化的平面波入射到厚度为 h 的均 002'0 020 0ik hx z x zik hx z x zk k k k ek k k k e 1时，令式（1.23）的分母为零可得到表面模式的色散2 2000tanxk k ak hk d .24）对应的色散关系图，其中结构尺寸的参数满足，与光波段的金属-介质交界面支持的 SPPs 色散曲线很工表面等离激元。与光波段 SPPs 不同的是，此处的等何参数所决定，当xk 趋于无穷大时，角频率 无限趋
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本文编号：2873508