利用金属—介质多层结构在可见光波段光谱吸收和光学成像的研究

发布时间：2021-05-23 01:03

　　任何一种微纳米器件的光学特性本质上都来源于其组成材料的光学特性。金属材料的介电常数在可见光和红外波段小于零,与电介质介电常数符号相反,当微纳尺度的金属和电介质结合在一起共同与电磁场相互作用时,能够产生自然界中不同甚至完全相反的光学现象。近年来,人们发现将金属与电介质材料相结合,能够将入射电磁波转化为表面等离子体极化激元,从而增强纳米尺度下材料对光的调控能力。我们利用金属-介质微纳结构的表面等离激元谐振或其他谐振效应,能够在特定波段实现对电磁波的谐振增强吸收。在这些结构中,基于金属-介质-金属的多层结构由于其天然的磁共振特性,能够对入射磁场产生响应,在两个金属表面产生反平行电流,从而在介质中产生局域电磁场,增强金属对电磁波的吸收,在宏观尺度上形成在特定波长具有全部吸收的纳米光子器件。本文的第一个工作就是基于这种金属-介质多层结构设计了可见光波段的单带和双带吸收器。单带吸收器在555 n处有99.65%的近完美吸收峰。通过场分布分析,该吸收峰是由金属层中间的磁共振模式和腔模耦合而形成。并且结合LC等效电路可以定性地解释吸收谱随材料参数变化的规律。此外,我们还利用等效金属-介质-金属波导中的... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 电磁完美吸收器的研究背景
        1.1.1 完美吸收器的研究背景
        1.1.2 双带吸收器的研究背景
    1.2 平板负折射率透镜研究背景
        1.2.1 负折射率材料研究背景
        1.2.2 金属—介质多层平板波导中负折射成像研究进展
    1.3 本文的研究内容
第二章 研究方法及理论背景
    2.1 数值计算方法
    2.2 金属-介质微纳结构的加工和表征
        2.2.1 真空薄膜蒸镀工艺
        2.2.2 微纳结构加工工艺
        2.2.3 光学特性表征仪器
    2.3 金属-介质界面的表面等离子体极化激元
        2.3.1 金属中的体等离子体频率
        2.3.2 金属表面等离子体极化激元
        2.3.3 三层波导中的耦合模式
    2.4 传输矩阵与色散方程
    2.5 本章小结
第三章 基于金属-介质多层结构的双窄带吸收器的研究和设计
    3.1 基于金属-介质-金属结构的单频近完美吸收器
        3.1.1 结构与结果
        3.1.2 参数及吸收机理研究
        3.1.3 应用前景展望
    3.2 基于金属-介质多层结构的双频近完美吸收器
        3.2.1 结构与结果
        3.2.2 参数和吸收机理研究
        3.2.3 实验验证
        3.2.4 偏振不敏感双频近完美吸收器
        3.2.5 应用前景展望
第四章 基于金属-介质多层结构在可见光波段光学成像的研究
    4.1 理论背景
        4.1.1 基本成像原理
        4.1.2 金属-介质三层波导中的二维负折射率
        4.1.3 金属-介质多层波导中的三维各项同性负折射率
    4.2 理论设计及数值仿真
        4.2.1 理论设计
        4.2.2 数值模拟
        4.2.3 总结与讨论
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
发表的论文



本文编号：3201984