基于介质微球的空心圆锥金属波导透过率增强研究
发布时间：2022-08-01 10:47
本文提出了一种通过嵌入介质微球（DM:dielectric microsphere）来提高空心圆锥金属波导（HCMW:hollow conical metal waveguide）透过率的新方法,并基于金属光波导理论和表面等离子体理论,利用时域有限差分法（FDTD:finite difference time domain）编程建模对内嵌DM的HCMW的光场传输特性进行了比较系统全面的数值研究。研究发现,与常规HCMW相比,内嵌DM时HCMW的光场传输规律发生了根本性的改变,锥尖孔径口的光场透过率可以获得极大增强。分析比较表明,在内嵌DM的HCMW内壁实现了表面等离子体激元（SPPs:surface plasmon polaritons）的有效激发和传播,这与常规的HCMW主要以光场高阶传输模逐步截止演化为更低阶传输模,最后在尖端区域最低阶模(HE11)截止并倏逝场衰减辐射实现光能量耦合的物理机理完全不同。接着,论文以实现SPPs激发的色散关系和实现SPPs共振的驻波条件为理论依据,就如何在内嵌DM的HCMW内壁实现SPPs的共振激发和有效压缩进行了深入探讨。论文...
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 HCMW的作用及问题
1.3 光学衍射极限的突破
1.4 本论文研究的主要内容
2 SPPs基本理论及FDTD方法
2.1 金属色散模式
2.2 SPPs波
2.3 SPPs的激发方式
2.4 三维直角坐标系中的FDTD
2.5 数值稳定性
2.5.1 数值色散对空间离散间隔的要求
2.5.2 数值色散对时间离散间隔的要求
2.6 UPML吸收边界条件
2.7 本章小结
3 常规HCMW设计及其光场透过率研究
3.1 常规HCMW的模型设计
3.2 常规HCMW的光场传输特性
3.3 外界参数对常规HCMW透过率的影响
3.3.1 入射波长对常规HCMW透过率的影响
3.3.2 透镜数值孔径对常规HCMW透过率的影响
3.4 本章小结
4 DM-HCMW设计及其透过率增强研究
4.1 DM-HCMW的模型设计
4.2 DM半径对DM-HCMW透过率增强的调制
4.3 DM-HCMW的光场传输特性
4.4 透过率增强的物理机理
4.5 各参数对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.1 入射波长对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.2 透镜数值孔径对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.3 DM介电常数对DM-HCMW透过率增强的影响
4.6 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集表
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于低浓度三聚氰胺选择性检测的铝/银纳米传感器的组装及其SERS性能[J]. 曹琳,陈前,姜飞,秦利霞,康诗钊,高峰,李向清. 无机化学学报. 2020(02)
[2]金属纳米结构表面等离子体共振及其应用[J]. 邓英. 科技与创新. 2019(21)
[3]表面等离子体共振及其在传感技术中的应用[J]. 杜健嵘,杜有刚,田芃,田芳. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[4]锥形光波导耦合特性研究[J]. 陈佳敏,邓传鲁,王廷云,宋志强,庞拂飞. 半导体光电. 2018(02)
[5]面向精准化生物医学的多功能纳米光子学技术[J]. 陈越,王璐玮,宋军. 中国激光. 2018(03)
[6]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[7]基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究[J]. 张祎男,王丽华,柳华杰,樊春海. 物理学报. 2017(14)
[8]探索更高分辨本领的成像技术——兼评《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》[J]. 朱星. 物理. 2017(05)
[9]有限元法在纳米光子学中的应用研究[J]. 孙东慧,李坤,朱兰,孔岩,陈志科. 西部皮革. 2016(18)
[10]微球探针制备工艺的优化[J]. 许斌,唐海容,赵世平,阳红. 传感器与微系统. 2016(08)
博士论文
[1]纳米尺度光场调控：全介质超表面及二维材料极化激元[D]. 张庆.中国工程物理研究院 2019
[2]新型超分辨近场光学扫描成像基础研究及应用[D]. 杨爱萍.深圳大学 2018
硕士论文
[1]基于单量子点探针的扫描近场光学显微镜研究[D]. 潘冰洋.南京大学 2019
[2]亚波长等离激元器件的设计及测试方法研究[D]. 刘怡然.东南大学 2018
[3]区域分解方法在纳米光子学计算中的应用研究[D]. 陈家芬.电子科技大学 2018
[4]微纳金属结构近场光学性能研究[D]. 何蓉静.电子科技大学 2012
[5]基于MPI和OpenMP的三维FDTD并行算法的研究[D]. 吴长莉.华中科技大学 2009
[6]长程表面等离子体波特性研究[D]. 徐宗波.哈尔滨工业大学 2007
[7]锥形光纤中光波导理论研究[D]. 孙爱娟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2005
本文编号：3667305
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 HCMW的作用及问题
1.3 光学衍射极限的突破
1.4 本论文研究的主要内容
2 SPPs基本理论及FDTD方法
2.1 金属色散模式
2.2 SPPs波
2.3 SPPs的激发方式
2.4 三维直角坐标系中的FDTD
2.5 数值稳定性
2.5.1 数值色散对空间离散间隔的要求
2.5.2 数值色散对时间离散间隔的要求
2.6 UPML吸收边界条件
2.7 本章小结
3 常规HCMW设计及其光场透过率研究
3.1 常规HCMW的模型设计
3.2 常规HCMW的光场传输特性
3.3 外界参数对常规HCMW透过率的影响
3.3.1 入射波长对常规HCMW透过率的影响
3.3.2 透镜数值孔径对常规HCMW透过率的影响
3.4 本章小结
4 DM-HCMW设计及其透过率增强研究
4.1 DM-HCMW的模型设计
4.2 DM半径对DM-HCMW透过率增强的调制
4.3 DM-HCMW的光场传输特性
4.4 透过率增强的物理机理
4.5 各参数对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.1 入射波长对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.2 透镜数值孔径对DM-HCMW透过率增强的影响
4.5.3 DM介电常数对DM-HCMW透过率增强的影响
4.6 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集表
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于低浓度三聚氰胺选择性检测的铝/银纳米传感器的组装及其SERS性能[J]. 曹琳,陈前,姜飞,秦利霞,康诗钊,高峰,李向清. 无机化学学报. 2020(02)
[2]金属纳米结构表面等离子体共振及其应用[J]. 邓英. 科技与创新. 2019(21)
[3]表面等离子体共振及其在传感技术中的应用[J]. 杜健嵘,杜有刚,田芃,田芳. 湖南理工学院学报(自然科学版). 2019(02)
[4]锥形光波导耦合特性研究[J]. 陈佳敏,邓传鲁,王廷云,宋志强,庞拂飞. 半导体光电. 2018(02)
[5]面向精准化生物医学的多功能纳米光子学技术[J]. 陈越,王璐玮,宋军. 中国激光. 2018(03)
[6]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[7]基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究[J]. 张祎男,王丽华,柳华杰,樊春海. 物理学报. 2017(14)
[8]探索更高分辨本领的成像技术——兼评《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》[J]. 朱星. 物理. 2017(05)
[9]有限元法在纳米光子学中的应用研究[J]. 孙东慧,李坤,朱兰,孔岩,陈志科. 西部皮革. 2016(18)
[10]微球探针制备工艺的优化[J]. 许斌,唐海容,赵世平,阳红. 传感器与微系统. 2016(08)
博士论文
[1]纳米尺度光场调控：全介质超表面及二维材料极化激元[D]. 张庆.中国工程物理研究院 2019
[2]新型超分辨近场光学扫描成像基础研究及应用[D]. 杨爱萍.深圳大学 2018
硕士论文
[1]基于单量子点探针的扫描近场光学显微镜研究[D]. 潘冰洋.南京大学 2019
[2]亚波长等离激元器件的设计及测试方法研究[D]. 刘怡然.东南大学 2018
[3]区域分解方法在纳米光子学计算中的应用研究[D]. 陈家芬.电子科技大学 2018
[4]微纳金属结构近场光学性能研究[D]. 何蓉静.电子科技大学 2012
[5]基于MPI和OpenMP的三维FDTD并行算法的研究[D]. 吴长莉.华中科技大学 2009
[6]长程表面等离子体波特性研究[D]. 徐宗波.哈尔滨工业大学 2007
[7]锥形光纤中光波导理论研究[D]. 孙爱娟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2005
本文编号：3667305
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