基于金属表面等离子共振结构的圆偏振光检测

发布时间：2017-09-12 23:22

  本文关键词：基于金属表面等离子共振结构的圆偏振光检测

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【摘要】：偏振光可以分解成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,也可以分解成圆偏振光和线偏振光。在很多应用中需要检测偏振光中的圆偏振分量,如利用雷达进行目标识别时,采用圆偏振检测可以提高其识别效率。金属等离子共振结构为直接检测圆偏振分量提供了途径。入射光照射在金属与介质的交界面处形成一种倏逝波,即表面等离子激元。特定尺寸的金属结构与入射光相互作用形成局域共振。这种光场的局域共振与金属纳米结构的形状、尺寸、金属及介质材料都有关。当金属微结构成螺旋形状时会对圆偏振光形成共振,从而可以用来检测圆偏振光。其性能主要与等离子激元的激发效率、单元之间的相互串扰及圆偏振光和线偏振光的响应差别有关。本论文针对基于金属螺旋结构的圆偏振光检测结构进行了优化设计,主要包括以下几个方面：本文首先研究了等离子激元的激发效率,通过理论分析得到了金属-金属结构和金属-介质-金属结构在最优化尺寸下等离子激元的激发特性。对于减少单元之间的串扰问题,利用两个金属-介质-金属结构激发的磁偶极子模式相互耦合使得等离子激元传播具有方向选择性这一特点,从而为检测单元之间的串扰问题提供了解决方案。针对金属结构对圆偏振光和线偏振光响应差别问题,我们提出了采用一个左螺旋结构和一个右螺旋结构作为一个检测单元的方案。由于左螺旋结构对右旋圆偏振光响应而对左旋圆偏振光不响应,同理右螺旋结构对左旋圆偏振光响应而对右旋圆偏振光不响应。线偏振光入射时,左右螺旋结构对其响应的情况相同。因此,只需要检测在检测单元中的两个结构对偏振光响应的净差值。当分别以圆偏振光和线偏振光进行入射时,该螺旋结构的对比度可以达到20倍以上。
【关键词】：表面等离子激元 金属螺旋结构 磁偶极子 圆偏振光
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 表面等离子激元的研究状况8-11
• 1.2.1 表面等离子激元的发展历史8-9
• 1.2.2 表面等离子激元透射增强特性的研究9
• 1.2.3 表面等离子激元聚焦特性的研究9-10
• 1.2.4 表面等离子激元滤波特性的研究10-11
• 1.3 本论文创新点11
• 1.4 论文内容安排11-12
• 1.5 本章小结12-14
• 第二章 表面等离子激元的概论及相关原理14-34
• 2.1 表面等离子激元的概论14-16
• 2.2 表面等离子激元的色散关系16-22
• 2.2.1 金属介质中的电磁场特性16-17
• 2.2.2 金属中的Drude模型17-19
• 2.2.3 金属-介质(M-D)结构的色散特性19-21
• 2.2.4 金属-介质-金属(M-D-M)结构的色散特性21-22
• 2.3 等离子激元的激发方式22-25
• 2.3.1 棱镜耦合23-24
• 2.3.2 光栅耦合法24
• 2.3.3 近场激发方式24-25
• 2.4 数值分析方法25-29
• 2.4.1 有限元法25-27
• 2.4.2 有限差分法27-28
• 2.4.3 边界条件的设置28-29
• 2.5 所用仿真软件介绍29-32
• 2.5.1 COMSOL的简单介绍29-31
• 2.5.2 利用COMSOL进行仿真模拟的步骤及注意事项31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 激发表面等离子激元的金属-金属结构和金属-介质-金属结构的研究34-46
• 3.1 基本结构模型对表面等离子激元激发效率的影响34-38
• 3.2 两个磁偶极子模式激发的表面等离子激元的方向选择性38-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 螺环结构对圆偏振光和线偏振光的检测46-56
• 4.1 单螺旋结构46-48
• 4.1.1 单螺旋结构对圆偏振光偏振态的检测原理47-48
• 4.1.2 单螺旋结构对线偏振光的响应情况48
• 4.2 有效检测圆偏振光的方案设计48-51
• 4.2.1 检测原理49
• 4.2.2 仿真模拟结果与讨论49-51
• 4.3 有效检测圆偏振光的两圈双螺旋结构51-55
• 4.3.1 结构设计51-52
• 4.3.2 仿真结果与讨论52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 总结及后续工作展望56-58
• 5.1 总结56
• 5.2 后续工作展望56-58
• 致谢58-60
• 参考文献60-64
• 作者简介64

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本文编号：840133