基于表面等离子体的纳米光学天线的特性研究

发布时间：2017-08-10 15:36

  本文关键词：基于表面等离子体的纳米光学天线的特性研究

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【摘要】：随着纳米技术的蓬勃发展,集成光学器件呈现出微型化、小型化的持续演进趋势,但是由于光学衍射极限的存在,严重限制了光学器件的集成化。金属纳米结构中大量存在的表面等离激元可以突破衍射极限,因此该结构在光学器件的研究中有广泛的应用前景。信息化时代的到来,面对浩瀚的信息量,传统的电子信息技术暴露出它的局限性,光子信息技术的出现解决了这一难题,它具有传输容量大,响应速度快,处理速度快等诸多优势,在这个领域中表面等离子体光学是一大研究热点。 纳米光学天线是金属纳米结构中一个重要的研究方向,它具备传统微波天线的优势,结合了金属纳米结构所特有的局域表面等离子体共振效应和近场耦合的特性,同时能够实现集成光学器件上光子信息传输,因此纳米光学天线在量子信息技术、高密度数据存储、光学和生物传感等领域有着广泛应用,可知设计出拥有良好的远场特性的纳米光学天线具有非常重要的研究价值。 本论文探讨了纳米光学天线的远场特性,其中重点对纳米尺寸的八木天线和背射天线进行了深入的研究。根据传统天线的设计理论和金属纳米结构的光学特性,调整天线振子的结构模型和尺寸参数,设计出不同结构的纳米光学天线,仿真计算出它们的天线远场辐射特性,从而设计出性能优越的纳米光学天线。 本论文首先研究了纳米光学八木天线的远场特性,在此基础上,我们建立了背射天线仿真模型。本论文重点研究了纳米天线的两个重要参数：天线增益和主瓣宽度,对比分析上述两种天线的辐射特性,可知相比于八木天线,背射天线的性能得到很大改进。 本论文然后对改进型的背射天线进行了仿真研究,通过改变天线振子结构或尺寸,设计出性能优越的天线。我们提出两种设计方案,第一种是增加主反射器的聚焦作用,例如在背射天线的主反射器上增加金属边缘,或者将圆盘状的金属圆盘改为球面,研究发现这种结构的天线辐射性能得到提升；第二种是将天线振子的结构改为十字交叉或者圆盘形状,仿真计算得知这些改进型的背射天线性能得到大幅度的增强。 综上所述,通过对天线的结构或尺寸进行适当的调整,分析天线远场辐射特性的变化,我们设计出性能优越的纳米光学天线,我们的研究工作对集成光学应用中的纳米光学天线的设计具有重要的理论指导作用。
【关键词】：纳米光学天线 表面等离子体共振 天线方向图 八木天线 背射天线
【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】：TN820
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1. 研究背景及现状10-14
• 1.1.1. 表面等离子体共振10-11
• 1.1.2. 纳米光学天线11-14
• 1.2. 研究目的及意义14-15
• 1.3. 论文的主要工作15-16
• 参考文献16-18
• 第二章 纳米光学天线的数值分析方法18-26
• 2.1. 常见的数值分析方法18-21
• 2.1.1. 光束传播法19
• 2.1.2. 平面波展开法19-20
• 2.1.3. 有限元法20
• 2.1.4. 有限差分法20-21
• 2.2. 数值仿真软件和步骤21-23
• 2.2.1. 常用的数值仿真软件22
• 2.2.2. 数值仿真基本步骤22-23
• 2.2.3. 完美匹配层简介23
• 参考文献23-26
• 第三章 天线的基础理论和设计原则26-34
• 3.1. 天线简介26-27
• 3.2. 电磁场基本方程27-28
• 3.3. 天线的基础理论28-33
• 3.3.1. 理想偶极子28-29
• 3.3.2. 天线方向图29-31
• 3.3.3. 天线的基本参数31-33
• 参考文献33-34
• 第四章 纳米光学天线的远场特性研究34-56
• 4.1. 传统的天线模型34-38
• 4.1.1. 八木天线34-36
• 4.1.2. 背射天线36-37
• 4.1.3. 反射面天线37-38
• 4.2. 纳米光学八木天线的研究现状38-45
• 4.3. 纳米光学八木天线的远场特性研究45-47
• 4.4. 纳米光学背射天线的远场特性研究47-53
• 4.4.1. 主反射器带边缘的背射天线48-50
• 4.4.2. 振子为十字交叉或圆盘形状的背射天线50-52
• 4.4.3. 主反射器为球面的背射天线52-53
• 参考文献53-56
• 第五章 总结和展望56-58
• 5.1. 本论文的主要工作56
• 5.2. 研究展望56-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 姚淑娜;母小云;陶进前;王云志;;现代光学及光子技术的应用[J];北京联合大学学报(自然科学版);2007年02期

2 邱景辉;吴昊;谢飞;;高增益改进型短背射天线的研究[J];电子测量技术;2009年05期

3 宋锡明;一种新颖的高增益圆极化背射天线[J];电子科学学刊;1985年06期

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本文编号：651514