基于MDM波导表面等离激元的Fano共振传感特性研究
发布时间：2022-02-15 09:09
表面等离激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）是金属表面自由电子与入射光波相互耦合产生的电磁波,SPPs突破衍射极限,在金属-电介质的界面上向前传播,在垂直于界面的方向上呈指数形式衰减。金属-电介质-金属（Metal-Dielectric-Metal,MDM）波导对SPPs有较强的束缚能力,SPPs能够在亚波长尺寸上实现对光信号的操控,且在MDM波导结构中产生的Fano共振效应,对环境变化异常敏感,因此有必要深入探究基于MDM波导表面等离激元的Fano共振传感器的设计。本文基于时域耦合模理论和有限元法（Finite element method,FEM）对MDM波导中Fano共振的形成机理和SPPs在MDM波导中传输特性进行详细阐述,本文设计出三种基于MDM波导的表面等离激元Fano共振传感结构,实现了单Fano、独立调谐的双Fano和独立调谐的多Fano系统设计,主要内容如下:首先,基于方形腔产生的窄谱模式和法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）腔产生的宽谱模式的结构特性,设计一种含双金属挡板的MDM波导耦合方形腔的单Fano共振结构,由离散态...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 Fano共振原理
1.3 MDM波导Fano共振传感器的国内外研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 表面等离激元的基本原理和数值仿真方法
2.1 引言
2.2 金属的Drude模型
2.3 表面等离激元的基本原理
2.3.1 金属-介质交界面上的表面等离激元
2.3.2 表面等离激元的激发方式
2.3.3 金属-介质-金属波导中的表面等离激元
2.4 有限元法(FEM)
2.5 本章小结
第3章 双金属挡板MDM波导耦合方形腔的Fano共振传感特性
3.1 引言
3.2 模型建立与理论分析
3.2.1 结构模型的建立
3.2.2 理论分析
3.2.3 结构的传输特性
3.3 结构的传感性能指标
3.4 结构的参数分析
3.4.1 结构参数L1对传感特性的影响
3.4.2 结构参数l对传感特性的影响
3.4.3 结构参数g对传感特性的影响
3.5 结构的传感特性分析
3.6 本章小结
第4章 双挡板MDM波导耦合方形腔的独立调谐双重Fano共振特性
4.1 引言
4.2 模型建立与理论分析
4.2.1 结构模型的建立
4.2.2 理论分析
4.2.3 结构的传输特性
4.3 结构的参数分析
4.3.1 方形腔结构参数分析
4.3.2 结构参数L1对传感特性的影响
4.3.3 结构参数g1和g2对传感特性的影响
4.4 结构传感特性分析
4.5 本章小结
第5章 双挡板MDM波导耦合横向级联方形腔的多重Fano共振特性
5.1 引言
5.2 模型建立与理论分析
5.2.1 结构模型的建立
5.2.2 理论分析
5.2.3 结构的传输特性
5.3 方形腔结构参数分析
5.4 结构传感特性分析
5.5 结构改进研究
5.5.1 结构模型的改进
5.5.2 结构的传输特性对比
5.5.3 增益介质对传感特性的影响
5.6 结构的传感特性对比分析
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]双耦合谐振子共振特性研究[J]. 翟立朋,张俊武,程琳,常凯歌,童童,王雪冬. 物理通报. 2019(11)
[2]基于单端探测温度和折射率的MZI光纤传感器[J]. 余俊良,冯国英,周寿桓. 强激光与粒子束. 2019(09)
[3]表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用[J]. 朱旭鹏,石惠民,张轼,陈智全,郑梦洁,王雅思,薛书文,张军,段辉高. 物理学报. 2019(14)
[4]光子晶体纳米梁侧耦合孔径啁啾光子晶体纳米梁腔结构的Fano共振传感机理[J]. 陈颖,高新贝,许扬眉,曹景刚,谢进朝,朱奇光,李少华. 光学学报. 2019(11)
[5]表面等离激元传播的调制[J]. 张文君,高龙,魏红,徐红星. 物理学报. 2019(14)
[6]一种基于NoSQL的互联网大数据融合系统的研究与实现[J]. 何海诣,贾宇,沈宜,张家亮,郝渝江. 通信技术. 2019(07)
[7]基于SPR光谱分析的液体折射率计[J]. 邹璐,李慧明,菅傲群,王雷阳. 激光技术. 2018(03)
[8]含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔Fano共振慢光特性研究[J]. 陈颖,罗佩,田亚宁,刘晓飞,赵志勇,朱奇光. 光学学报. 2017(09)
[9]基于耦合开口方环共振空腔的可控法诺共振研究[J]. 石悦,张冠茂,安厚霖,胡南,顾梦琪. 光子学报. 2017(04)
[10]基于耦合T型空腔的多重法诺共振现象[J]. 安厚霖,张冠茂,胡南,石悦,王志爽. 光子学报. 2016(11)
博士论文
[1]金属—介质—金属波导中的表面等离激元：亚波长光学特性研究及应用[D]. 陈召.北京邮电大学 2016
本文编号：3626351
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 Fano共振原理
1.3 MDM波导Fano共振传感器的国内外研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 表面等离激元的基本原理和数值仿真方法
2.1 引言
2.2 金属的Drude模型
2.3 表面等离激元的基本原理
2.3.1 金属-介质交界面上的表面等离激元
2.3.2 表面等离激元的激发方式
2.3.3 金属-介质-金属波导中的表面等离激元
2.4 有限元法(FEM)
2.5 本章小结
第3章 双金属挡板MDM波导耦合方形腔的Fano共振传感特性
3.1 引言
3.2 模型建立与理论分析
3.2.1 结构模型的建立
3.2.2 理论分析
3.2.3 结构的传输特性
3.3 结构的传感性能指标
3.4 结构的参数分析
3.4.1 结构参数L1对传感特性的影响
3.4.2 结构参数l对传感特性的影响
3.4.3 结构参数g对传感特性的影响
3.5 结构的传感特性分析
3.6 本章小结
第4章 双挡板MDM波导耦合方形腔的独立调谐双重Fano共振特性
4.1 引言
4.2 模型建立与理论分析
4.2.1 结构模型的建立
4.2.2 理论分析
4.2.3 结构的传输特性
4.3 结构的参数分析
4.3.1 方形腔结构参数分析
4.3.2 结构参数L1对传感特性的影响
4.3.3 结构参数g1和g2对传感特性的影响
4.4 结构传感特性分析
4.5 本章小结
第5章 双挡板MDM波导耦合横向级联方形腔的多重Fano共振特性
5.1 引言
5.2 模型建立与理论分析
5.2.1 结构模型的建立
5.2.2 理论分析
5.2.3 结构的传输特性
5.3 方形腔结构参数分析
5.4 结构传感特性分析
5.5 结构改进研究
5.5.1 结构模型的改进
5.5.2 结构的传输特性对比
5.5.3 增益介质对传感特性的影响
5.6 结构的传感特性对比分析
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]双耦合谐振子共振特性研究[J]. 翟立朋,张俊武,程琳,常凯歌,童童,王雪冬. 物理通报. 2019(11)
[2]基于单端探测温度和折射率的MZI光纤传感器[J]. 余俊良,冯国英,周寿桓. 强激光与粒子束. 2019(09)
[3]表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用[J]. 朱旭鹏,石惠民,张轼,陈智全,郑梦洁,王雅思,薛书文,张军,段辉高. 物理学报. 2019(14)
[4]光子晶体纳米梁侧耦合孔径啁啾光子晶体纳米梁腔结构的Fano共振传感机理[J]. 陈颖,高新贝,许扬眉,曹景刚,谢进朝,朱奇光,李少华. 光学学报. 2019(11)
[5]表面等离激元传播的调制[J]. 张文君,高龙,魏红,徐红星. 物理学报. 2019(14)
[6]一种基于NoSQL的互联网大数据融合系统的研究与实现[J]. 何海诣,贾宇,沈宜,张家亮,郝渝江. 通信技术. 2019(07)
[7]基于SPR光谱分析的液体折射率计[J]. 邹璐,李慧明,菅傲群,王雷阳. 激光技术. 2018(03)
[8]含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔Fano共振慢光特性研究[J]. 陈颖,罗佩,田亚宁,刘晓飞,赵志勇,朱奇光. 光学学报. 2017(09)
[9]基于耦合开口方环共振空腔的可控法诺共振研究[J]. 石悦,张冠茂,安厚霖,胡南,顾梦琪. 光子学报. 2017(04)
[10]基于耦合T型空腔的多重法诺共振现象[J]. 安厚霖,张冠茂,胡南,石悦,王志爽. 光子学报. 2016(11)
博士论文
[1]金属—介质—金属波导中的表面等离激元：亚波长光学特性研究及应用[D]. 陈召.北京邮电大学 2016
本文编号：3626351
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