金属微纳结构中Smith-Purcell及表面等离子体激元的理论和实验研究

发布时间：2022-01-24 01:48

　　近年来,随着科学技术的飞速发展,人们期望得到更加优质的太赫兹辐射源。研究太赫兹辐射源利用的主要学科为热辐射、电子学和光子学。但是单纯的采用光子学或是电子学的方法得到的辐射源在高频率和高功率两个方面不能达到很好的结合,因此,科学工作者们创造性地提出了运用光子学和电子学相结合的方式,使太赫兹辐射源在频率和功率两个方面得到很好的平衡。本论文所研究的课题正是基于这一目的进行的。首先,我们从理论、MATLAB数值计算和CST模拟仿真三个方面对电子束平行掠过半无限大金属结构的情况进行分析。分析结果表明,电子束平行掠过半无限大金结构时,在金结构表面产生了表面等离子体激元,且表面等离子体激元的频率随电子束能量改变。随着半无限大金属结构的厚度逐渐变薄至接近金属薄膜时,表面等离子体激元在金属薄膜的上下表面出现了对称模式和非对称模式,两个模式的表面等离子体激元频率受薄膜厚度的影响。随后本文研究了电子束平行掠过完纯金属光栅和金光栅的情况。研究发现,电子束平行掠过完纯光栅结构产生Smith-Purcell辐射和表面波,Smith-Purcell辐射的频率随电子束能量的增大而增大,随周期的减小而增大。表面波的频率... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

介质-半无限大金属结构色散曲线[19]

电子科技大学硕士学位论文4图1-2利用平面波激励SPPs的四种波矢补偿结构电子束激励因其不需要进行波矢补偿而具有独特的优势。采用电子束激励的方法主要有两种：其一，电子束垂直激励[19]，即电子束的运动轨迹垂直于金属样片表面；其二，电子束平行激励，即电子束的运动轨迹平行于金属样片表面。其中，如何垂直激励产生SPPs的理论研究更为成熟。原理如图1-3所示，电子束在金属-介质交界面垂直穿过时，金属中的自由电子从电子束电子中获得部分能量和动量，这部分动量波矢的横向分量在界面上的镜像投影激励起SPPs。该SPPs具有丰富的频率分量，原因是电子的散射角度不同造成其转移的动量不用。对于电子束平行激励产生SPPs的情况，电子束平行掠过金属结构激励起的倏逝场包含丰富的频率分量，我们用zv表示电子的运动速度，则在电子运动方向上倏逝场的波矢为/zzk=v，显然该波矢大于平面波波矢，因此可以匹配激励产生SPPs，但是因为平行激励产生的SPPs是一个相干波，故倏逝场只能在一个频点匹配SPPs。

第二章电子束激励半无限大金属结构9图2-1电子束平行掠过金属结构将式(2-3)代入式(2-2)中，得到真空中z方向的电场为：()()2000,12zyjkzjkyyzzyqkErteeuk=(2-4)其中022zyzkukkc==由z方向电场公式和纵向场法[36]，得出运动电子束投射场的横向常对于y>y0的区域，电磁场分布如下：()()()()()()()()()()()()00020022200220,12,12,12zyzyzyzjkzjkyyzyzjkzjkyyyyzjkzjkyyxyqkErteeukqkErteeukqkHrteeuk===(2-5)对于y<y0的区域，电磁场分布如下：()()()()()()()()()()()()00020022200220,12,12,12zyzyzyzjkzjkyyzyzjkzjkyyyyzjkzjkyyxyqkErteeukqkErteeukqkHrteeuk===聃聃(2-6)

【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲.  中国基础科学. 2006(01)

博士论文
[1]自由电子注激励表面等离子体激元辐射的研究[D]. 龚森.电子科技大学 2015



本文编号：3605590