纳米结构表面等离子体的近场光学特性研究

发布时间：2017-05-18 08:17

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【摘要】：表面等离子体是金属中自由电子与入射光相互作用形成的一种表面电磁波。在金属与介质的交界处产生了表面等离子体激元,从而引起了表面等离子体电场增强。基于表面等离子体的各种纳米光学器件突破了传统的衍射极限,在全光路集成领域具备了潜在的前景。纳米结构的表面等离子体近场特性,能够产生一些奇特的物理现象。关于表面等离子体的研究已经在传感器、光太阳能电池、表面等离子体波导等领域具有良好的应用前景。 本文从理论上分析了表面等离子体的物理特性,数值仿真纳米光学天线和纳米颗粒的近场光学特性。通过构造不同的参数研究了纳米金属颗粒的光学特性,得出了表面等离子体共振的重要物理机制和一些特殊的物理光学现象。论文的工作内容主要包括以下几个方面： (1)本文理论研究了表面等离子体的纳米光学天线近场光学特性。分析了一种新型的光学天线即背射天线的光学性能。与传统的光学八木天线相比,背射天线的方向系数提高了1.95倍,这表明背射天线能更有效的接收与发射电磁波。通过调整天线的尺寸,优化了背射天线的光学性能,提高了天线的方向系数,得到了最优化的背射天线参数数值。最后,在光学背射天线的基础上,研究了另一种倾斜型光学背射天线,得出对于不同个数引向器的倾斜型背射天线,背射光学天线有一个最优化的倾斜角度。 (2)本文研究了表面等离子体金属纳米颗粒的近场光学特性。基底的存在对于表面等离子体共振特性有显著的影响。与前人工作不同,我们采用具有周期结构的布拉格反射镜作为基底。由于入射光的相干干涉,周期结构基底对于纳米颗粒的等离子体共振具有影响。我们理论研究了金属纳米颗粒的光学特性,如散射频谱、吸收频谱、电场增强幅度。仿真了金属纳米颗粒的形状、尺寸、纳米颗粒的间距以及基底周期数目等参数变化对纳米颗粒表面等离子体共振的影响。 总之,本文采用有限元法仿真建模,对基于表面等离子体的纳米颗粒近场特性进行了理论研究,这对于探索新型集成化、微型的纳米光学器件具有重要的理论意义。
【关键词】：表面等离子体共振 有限元法 纳米结构 近场光学
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TN820
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 表面等离子体10-18
• 1.1.1 表面等离子体研究背景10-12
• 1.1.2 表面等离子体研究特性12-14
• 1.1.3 表面等离子体研究热点及应用14-17
• 1.1.4 表面等离子体近场光学特性17-18
• 1.2 本论文的研究目的和意义18-19
• 1.3 论文内容安排19-20
• 第二章 有限元方法理论与软件20-27
• 2.1 仿真设计工作的意义20-21
• 2.2 数值仿真方法21-22
• 2.3 COMSOLMultiphysics软件的介绍及配置流程22-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 纳米光学天线近场特性的研究27-38
• 3.1 背射天线有限元仿真与计算27-31
• 3.1.1 光学天线背景及原理27-28
• 3.1.2 八木天线与背射天线模型28-30
• 3.1.3 背射天线计算方法30-31
• 3.2 背射天线仿真结果与分析31-35
• 3.2.1 背射天线与八木天线方向图结果与分析31-33
• 3.2.2 背射天线方向性系数结果与分析33-35
• 3.3 倾斜型背射天线仿真结果与分析35-37
• 3.3.1 倾斜型背射天线原理与模型35
• 3.3.2 背射天线方向性系数结果与分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 周期结构金属颗粒近场光学特性的研究38-49
• 4.1 结构模型38-40
• 4.2 仿真计算方法40
• 4.3 仿真结果40-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-57
• 攻读学位期间发表或已录用的学术论文57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 唐永新,杨华,郭继华,吴念乐,李师群;表面等离子体激光Q开关原理研究[J];光学学报;2001年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘炳灿;表面等离激元非线性调控的基础研究[D];北京邮电大学;2011年

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本文编号：375542