基于阻尼最小二乘法的表面等离激元定向耦合器的优化

发布时间：2017-10-04 16:06

  本文关键词：基于阻尼最小二乘法的表面等离激元定向耦合器的优化

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【摘要】：表面等离激元是由光与金属表面集体震荡的电子相互耦合激发的一种沿金属和电介质界面传播的表面电磁波。它不仅提供了一种可以在亚波长尺度上控制和利用光的方法而且在光子集成电路的发展中具有极大的潜力。另外,表面等离激元还可以用于其它领域,如亚波长光刻、光子探测器、光学天线以及生物传感器等。传统意义上,激发表面等离激元面临的两个挑战分别是耦合效率和方向的控制。很多研究学者设计了大量的新颖结构实现表面等离激元的定向发射,结构一定时,几何参数不同表面等离激元定向耦合器的性能也不同。如果要进一步提高表面等离激元的性能,还需要使用优化算法优化表面等离激元发射器的结构参数。本文主要利用阻尼最小二乘法优化几何参数,使表面等离激元沿既定方向传播。本课题基于COMSOL 4.4 with MATLAB软件编写阻尼最小二乘法的程序以及模拟表面等离激元定向耦合器。阻尼最小二乘法和COMSOL相结合的优化技术不仅节约了大量的计算时间而且在好的初始结构的条件下能够获得性能优越的表面等离激元定向耦合器。在本文中,我们优化了由五组不对称凹槽对构成的准周期的表面等离激元光栅耦合器,其表面等离激元的消光比高达71。该优化技术还可以推广到包括遗传算法在内的其它的数值优化算法,它不仅可以用于表面等离激元定向耦合器的设计,而且还可以用于其它的纳米光子元件的设计,例如,其它结构的表面等离定向耦合器、异常光学透射、微纳光学天线以及表面等离激元波导。
【关键词】：表面等离激元 准周期金属光栅 定向耦合器 有限元方法 阻尼最小二乘法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN622;O441.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 表面等离激元的性质10-16
• 1.2.1 表面等离激元的色散关系10-12
• 1.2.2 表面等离激元的激发方式12-13
• 1.2.3 表面等离激元的特征长度13-16
• 1.3 表面等离激元的研究热点16-21
• 1.3.1 透射增强效应16-17
• 1.3.2 生物传感器17-18
• 1.3.3 负折射率材料18
• 1.3.4 SPPs单向发射器18-21
• 1.4 金属纳米结构的制造技术21-22
• 1.4.1 电子束曝光技术(electron beam lithography, EBL)21
• 1.4.2 聚焦离子束技术（focused-ion beam, FIB）21-22
• 1.5 本论文的研究内容和结构22-24
• 第二章 表面等离激元的数值模拟和优化的基本原理24-33
• 2.1 时域有限差分法24-25
• 2.2 有限元方法25
• 2.3 多物理场有限元软件（COMSOL Multiphyscis）25-26
• 2.4 COMSOL Multiphysics数值模拟过程相关模块介绍26-30
• 2.5 数值优化算法——阻尼最小二乘法的基本原理30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 表面等离激元定向耦合器的模拟和优化33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 表面等离激元定向耦合器的模型33-36
• 3.3 表面等离激元定向耦合器的优化算法的设计和实现36-38
• 3.4 验证模型和优化算法38-39
• 3.5 表面等离激元定向耦合器的设计39-46
• 3.5.1 表面等离激元定向耦合器初始几何参数的选择39-40
• 3.5.2 表面等离激元定向耦合器优化40-41
• 3.5.3 表面等离激元定向耦合器的带宽41-42
• 3.5.4 表面等离激元定向耦合器的公差计算42-43
• 3.5.5 准周期表面等离激元光栅耦合器的设计和优化43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 总结与展望47-48
• 参考文献48-53
• 致谢53-54
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文54

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3 王又法,王子华;非线性光定向耦合器解的简化表达式(英文)[J];光子学报;1999年07期

4 姚秀伟,刘保福,李秀玉,孙明;定向耦合器系列教学实验设计[J];物理实验;2003年12期

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1 覃光荣;;用定向耦合器的调配法[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年

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1 浙江 钱大军;改定向耦合器为二分配器[N];电子报;2002年

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