亚波长多层膜结构的表面电磁场特性研究
发布时间：2021-04-09 09:25
随着纳米光学的发展,表面等离激元、光学天线、超材料、超表面等新概念相继出现,人们通过对结构的新设计可实现对电磁波场的强大调控,表现出了新颖的光学性能,实现了各种新型的微纳光电子功能器件。多层膜结构作为一种经典而又基本的结构,在光场调控方面一直发挥着重要作用。最早的介质多层膜结构基于干涉原理可以用于光学滤波、光学增反与增透。将人造单元结构以特定方式排列形成的具有特殊电磁特征的超材料（Metamaterial）,可以实现天然材料所不具备的负折射、0折射、双曲色散等超常物理性质。等效介质理论（EffectMedium Theory,EMT）是解析多层膜结构电磁场特性的重要理论,可以对宏观多层膜进行均匀化,用有效材料参数来表征它们。然而,近期的研究指出:在特定情况下,EMT应用在全介质深亚波长多层膜结构中时会逐渐失效。此外,利用多层膜结构的表面模式是实现光场调控的另一重要方式。其中应用最为广泛的表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）,被用于构造 Plasmonic Lens 实现近场聚焦。为了克服SPP的传输损耗,存在于介质多层膜中的表面布洛赫波（Blo...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２磁场切向分量的跃变??
?（１．１１ｂ）??边值关系（１．１?ｌａ）和（１．１?ｌｂ）是解析平板结构电磁场问题的基础。首先，我们由边值??关系求解电磁波在单一界面上的反射折射。如图１．４所示，设平面电磁波从介质??１入射到界面上，产生反射波和折射波，选取界面为平面ｚ?＝?０。入射波、反射波??和折射波的电场分别为总／｜?？、戽代入式（Ｕ?ｌａ）中的边界条件可得??ｎ?ｘ?｛Ｅ／ｋ＇ｒｒ?＋?Ｅ＇＾＇７）?＝?／７?ｘ?Ｅ２＾ｒｒ?（１．１２）??式（１．１２）必须对整个界面成立，因此三个指数因子必须在平面上任意点相等。假??设波矢没有ｙ方向的分量，由于位置矢量选取的任意性，三个波矢在ｘ轴的投影??必须相等，因此０?＝爽，匀ｓｉｎ６５?＝无２?ｓｉｎ＜９２。??／?ｋ２??－：ｐｔ?．２ｖ??图１．４平面电磁波在界面上的反射折射??假设电场垂直于入射面，磁场在入射面内（ＴＥ偏振），应用切向连续条件可得??Ｅ，＋Ｅ＼＝Ｅ２?（１．１３）??Ｈｘ?ｃｏｓ?６Ｘ?－?Ｈｘ?ｃｏｓ?９Ｘ?＝?Ｈ２?ｃｏｓ?９２?（１．１４）??由于我们所讨论的都是良导体内的情形，因此／ｉ?＝?ｌ，由式（１．８）可得＝??用＾?＝?ｈ代表介质折射率
们开始利用各种各样的人造单元结构实现不同的功能。其中，由金属一介质交替??的多层膜结构组成的双曲材料［４８］可以提供天然材料所不具备的双曲色散特性，??如图１．８（ａ）所示。利用这样的双曲色散，ＲｕｂｅｎＭａａｓ将银一氮化硅薄片复合在可??见光波段构造了?〇介电系数材料［３７］（图１．８ｂ）。Ｈｏｆｆｍａｎ利用半导体超材料在红??外波段实现了负折射［５１?（图１．８ｃ）。Ｌｉｕ等人将银一氧化铝交替的多层膜结构进??行弯曲做成超透镜，实现了超衍射极限的成像［２３］（图１．８ｄ）。??除此之外，利用多层膜结构的表面模式是实现光场调控的另一重要方式。其??中应用最为广泛的存在于金属一介质界面的表面等离激元（Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｐｌａｓｍｏｎ??Ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ），被用于构造?ＰｌａｓｍｏｎｉｃＬｅｎｓ?实现近场聚焦［３８，４９］。图?１．９⑷（ｂ）分??别为同心圆环与阿基米德螺线环结构下的Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ。对于Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ，??ＳＰＰ的传输损耗是限制近场能量聚焦的关键因素。为了克服ＳＰＰ的传输损耗，存??在于介质多层膜中的表面布洛赫波（Ｂｌｏｃｈ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｗａｖｅ，?ＢＳＷ）基于其低损耗特??性被用来构造ＢＳＷ?Ｌｅｎｓ实现表面布洛赫波的近场聚焦（图丨．９ｃ）。同样，??１１??
本文编号：3127371
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２磁场切向分量的跃变??
?（１．１１ｂ）??边值关系（１．１?ｌａ）和（１．１?ｌｂ）是解析平板结构电磁场问题的基础。首先，我们由边值??关系求解电磁波在单一界面上的反射折射。如图１．４所示，设平面电磁波从介质??１入射到界面上，产生反射波和折射波，选取界面为平面ｚ?＝?０。入射波、反射波??和折射波的电场分别为总／｜?？、戽代入式（Ｕ?ｌａ）中的边界条件可得??ｎ?ｘ?｛Ｅ／ｋ＇ｒｒ?＋?Ｅ＇＾＇７）?＝?／７?ｘ?Ｅ２＾ｒｒ?（１．１２）??式（１．１２）必须对整个界面成立，因此三个指数因子必须在平面上任意点相等。假??设波矢没有ｙ方向的分量，由于位置矢量选取的任意性，三个波矢在ｘ轴的投影??必须相等，因此０?＝爽，匀ｓｉｎ６５?＝无２?ｓｉｎ＜９２。??／?ｋ２??－：ｐｔ?．２ｖ??图１．４平面电磁波在界面上的反射折射??假设电场垂直于入射面，磁场在入射面内（ＴＥ偏振），应用切向连续条件可得??Ｅ，＋Ｅ＼＝Ｅ２?（１．１３）??Ｈｘ?ｃｏｓ?６Ｘ?－?Ｈｘ?ｃｏｓ?９Ｘ?＝?Ｈ２?ｃｏｓ?９２?（１．１４）??由于我们所讨论的都是良导体内的情形，因此／ｉ?＝?ｌ，由式（１．８）可得＝??用＾?＝?ｈ代表介质折射率
们开始利用各种各样的人造单元结构实现不同的功能。其中，由金属一介质交替??的多层膜结构组成的双曲材料［４８］可以提供天然材料所不具备的双曲色散特性，??如图１．８（ａ）所示。利用这样的双曲色散，ＲｕｂｅｎＭａａｓ将银一氮化硅薄片复合在可??见光波段构造了?〇介电系数材料［３７］（图１．８ｂ）。Ｈｏｆｆｍａｎ利用半导体超材料在红??外波段实现了负折射［５１?（图１．８ｃ）。Ｌｉｕ等人将银一氧化铝交替的多层膜结构进??行弯曲做成超透镜，实现了超衍射极限的成像［２３］（图１．８ｄ）。??除此之外，利用多层膜结构的表面模式是实现光场调控的另一重要方式。其??中应用最为广泛的存在于金属一介质界面的表面等离激元（Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｐｌａｓｍｏｎ??Ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ，ＳＰＰｓ），被用于构造?ＰｌａｓｍｏｎｉｃＬｅｎｓ?实现近场聚焦［３８，４９］。图?１．９⑷（ｂ）分??别为同心圆环与阿基米德螺线环结构下的Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ。对于Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ?Ｌｅｎｓ，??ＳＰＰ的传输损耗是限制近场能量聚焦的关键因素。为了克服ＳＰＰ的传输损耗，存??在于介质多层膜中的表面布洛赫波（Ｂｌｏｃｈ?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｗａｖｅ，?ＢＳＷ）基于其低损耗特??性被用来构造ＢＳＷ?Ｌｅｎｓ实现表面布洛赫波的近场聚焦（图丨．９ｃ）。同样，??１１??
本文编号：3127371
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3127371.html
