基于FDTD方法的亚波长结构超透射现象研究

发布时间：2017-09-23 23:36

  本文关键词：基于FDTD方法的亚波长结构超透射现象研究

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【摘要】：一直以来,不同媒质分界面处的反射都是困扰工程应用的大问题,例如太阳能电池,基片表面产生反射,降低了太阳能的利用率。至今为止,人们提出很多方法来克服这一问题,比较常见的有介质涂层、表面纹理、绝热折射率匹配等。自1998年Ebbesen小组首次在金属薄膜亚波长孔径阵列中观察到透射增强现象(Extraordinary optical Transmission:EoT)以来,研究人员一直在探寻其背后的机理。其中被广泛认可的理论认为入射光在金属表面激发出表面等离激元(Surface Plasmon Polartions:SPPs),使得光能量通过孔径之间的耦合作用耦合到结构体的另一面并辐射出去,这就出现了透射增强的现象。此种结构为研究增加器件表面的透射率提供了借鉴。随着人们对于这种亚波长金属孔径阵列及其EoT现象研究的深入,发现光入射到刻有浮雕图案的金属亚波长结构时,也会产生入射光和反射光共振透射或共振吸收的超透射现象。工业应用中基片均是介质材料而非金属,在此基础上本文提出二维周期排布的硅介质亚波长浮雕结构。结合辅助微分方程(Auxiliary Differential Equation:ADE)、时域有限差分(Finite Difference of Time Domain, FDTD)法以及迭代FDTD方法对其散射特性加以研究,具体如下：由于本文使用的材料均是色散媒质,故首先将一般材料的FDTD基本理论与ADE方法进行结合,并引入色散材料的介质参数。推导出色散材料的ADE-FDTD差分格式以及一些ADE-FDTD的关键技术与色散媒质的结合,并用算例验证了该算法的有效性和正确性。其次,本文研究的亚波长结构属于周期结构,故需要引入周期结构的基本理论,并将该理论与ADE-FDTD方法衔接起来,使之能够运用到FDTD的计算当中。从而推导出引入周期边界后的ADE-FDTD计算方法。最后利用上述ADE-FDTD方法和迭代FDTD方法对周期的介质亚波长浮雕结构加以理论分析,并改变结构的一些变量如浮雕材料、浮雕结构,以探究其对亚波长结构谐振峰的影响。
【关键词】：EOT 亚波长结构 辅助微分方程 迭代FDTD
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436.3;O175
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 亚波长结构简介8-10
• 1.1.1 亚波长结构的研究背景及意义8-9
• 1.1.2 亚波长阵列结构的分析方法9-10
• 1.2 FDTD方法简介10-11
• 1.2.1 FDTD旅的研究背景10-11
• 1.2.2 FDTD方法的发展11
• 1.3 本文的内容安排及主要工作11-13
• 第二章 基本理论13-28
• 2.1 FDTD方法基本知识13-26
• 2.1.1 Yee元胞及FDTD方法的基本差分格式13-17
• 2.1.2 FDTD方法的吸收边界条件17-22
• 2.1.3 FDTD方法的数值稳定性条件22-24
• 2.1.4 FDTD方法的源24-26
• 2.2 周期结构基本理论26-28
• 2.2.1 Floquet基本理论26-27
• 2.2.2 周期结构的FDTD计算方法27-28
• 第三章 色散媒质的FDTD方法28-37
• 3.1 色散媒质及其模型28-29
• 3.2 色散媒质的ADE-FDTD方法29-31
• 3.3 色散媒质的UPML引入31-34
• 3.4 数值算例34-37
• 第四章 周期结构的FDTD方法37-42
• 4.1 周期结构的周期边界引入37-39
• 4.2 周期结构的斜入射迭代FDTD算法39-42
• 第五章 亚波长结构的超透射现象分析42-54
• 5.1 亚波长结构的提出42-43
• 5.2 亚波长结构建模43-45
• 5.3 亚波长结构的材料参数选取45-47
• 5.4 亚波长结构的散射特性分析47-54
• 5.4.1 单个周期单元的散射特性分析47-49
• 5.4.2 亚波长结构的超透射现象分析49-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 6.1 本文工作总结54-55
• 6.2 展望和建议55-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间研究成果63

【共引文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 滕雁;高效同轴相对论返波管研究[D];清华大学;2010年

2 张玉强;基于DSP的色散介质FDTD算法及相关问题研究[D];西安电子科技大学;2009年

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本文编号：908128