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手征雕塑薄膜界面Dyakonov-Tamm表面电磁波研究

发布时间:2019-04-12 10:33
【摘要】:本论文系统研究了由两个异种手征雕塑薄膜间的平坦界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波的产生条件和传播特性。Dyakonov-Tamm表面电磁波是一种新型的表面电磁波,在光传感和光波导等领域具有重要的潜在应用前景。 利用手征雕塑薄膜结构和形貌的五个影响因素,即纳米线相对于螺旋轴的取向、结构手性、结构周期、气相沉积入射角,以及材料种类,设计了六种用以引导Dyakonov-Tamm表面电磁波的异种手征雕塑薄膜界面:中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面、不同手性的手征雕塑薄膜界面、不同周期的手征雕塑薄膜界面、不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面、不同材料的手征雕塑薄膜界面,以及五个不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面。 根据Maxwell方程组和Floquet-Lyapunov定理,建立了异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波传播的色散方程,采用搜寻迭代法、二分迭代法,以及Newton-Raphson迭代法计算了色散方程相对波数κ/κ0的实数解。利用归一法,分析了色散方程实数解所对应的电场和磁场的空间分布,通过衰减系数exp(-u1)、exp(-u2)、exp(-v1)和exp(-v2),表征了异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波的局域化程度。 Dyakonov-Tamm表面电磁波色散方程相对波数κ/κ0实数解的计算结果表明,中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面和不同手性的手征雕塑薄膜界面,取向偏转角度不同,可以引导2种或3种不同相位速度和局域化程度的Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面,只有当入射角显著不同时,才可以引导1种或2种不同相位速度和局域化程度的Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同周期的手征雕塑薄膜界面和不同材料的手征雕塑薄膜界面,只有当周期和材料介电性能显著不同时,才可以在特定的取向偏转角度范围内引导1种Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面,也只可以引导1种Dyakonov-Tamm表面电磁波。 电场和磁场的空间分布以及局域化程度的分析表明,所有异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波均不同程度的局限于界面上,最大的衰减作用可将Dyakonov-Tamm表面电磁波局限于界面两侧2个结构周期以内。中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面和不同手性的手征雕塑薄膜界面,界面两侧手征雕塑薄膜的介电常数张量差别较小,导致界面两侧电场和磁场的空间分布,以及局域化程度相似;不同周期的手征雕塑薄膜界面、不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面、不同材料的手征雕塑薄膜界面,以及不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面,界面两侧手征雕塑薄膜的介电常数张量差别较大,导致界面两侧电场和磁场的空间分布,以及局域化程度显著不同。
[Abstract]:In this paper, the generation conditions and propagation characteristics of Dyakonov-Tamm surface electromagnetic wave guided by the flat interface between two different chiral sculpture films are systematically studied. The Dyakonov-Tamm surface electromagnetic wave is a new type of surface electromagnetic wave. It has important potential application prospects in optical sensing and optical waveguide fields. Five factors affecting the structure and morphology of chiral sculpture films, such as the orientation of nanowires relative to the helical axis, the chirality of the structure, the structure period, the incident angle of gas deposition, and the types of materials, were used. Six kinds of different chiral sculpture film interfaces used to guide the electromagnetic wave on the surface of Dyakonov-Tamm are designed: the center torsion chiral sculpture film defect interface, different chiral sculpture film interface, and different period chiral sculpture film interface. The chiral sculpture film interface prepared by different incident angles of vapor deposition, the chiral sculpture film interface of different materials, and the chiral sculpture film interface of the combination of five different influencing factors. According to the Maxwell equations and Floquet-Lyapunov theorem, the dispersion equation of electromagnetic wave propagation on the Dyakonov-Tamm surface guided by the interface of heterogeneous chiral sculpture film is established. The search iteration method and the dichotomy iteration method are used. And the Newton-Raphson iterative method is used to calculate the real solutions of the dispersion equation with respect to the relative wave number 魏 / 魏 0. By using the normalization method, the spatial distribution of electric and magnetic fields corresponding to the real solution of the dispersion equation is analyzed. The attenuation coefficients exp (- u _ 1), exp (- u _ 2), exp (- v _ 1) and exp (- v _ 2) are used. The localization degree of Dyakonov-Tamm surface electromagnetic wave guided by the interface of heterogeneous chiral sculpture film was characterized. The calculation results of the relative wave number 魏 / 魏 0 real solution of the electromagnetic wave dispersion equation on the surface of Dyakonov-Tamm show that the center torsion of chiral sculpture film defect interface and different chiral sculpture film interface have different orientation deflection angle. Two or three kinds of Dyakonov-Tamm surface electromagnetic waves with different phase velocity and localization degree can be guided. Only when the incident angles are significantly different, one or two kinds of Dyakonov-Tamm surface electromagnetic waves with different phase velocities and localizations can be guided at the interface of chiral sculpture films prepared by different incident angles. The different periods of chiral sculpture film interface and different materials of chiral sculpture film interface, only when the period and dielectric properties of the material are significantly different, can guide a specific orientation deflection angle within the range of a Dyakonov-Tamm surface electromagnetic wave; The mobile sculpture film interface with different influence factors can only guide one kind of electromagnetic wave on the surface of Dyakonov-Tamm. The spatial distribution of electric and magnetic fields and the degree of localization show that the electromagnetic waves on the Dyakonov-Tamm surface guided by the interface of all different chiral sculpture films are limited to different degrees. The maximum attenuation can limit the electromagnetic wave on the Dyakonov-Tamm surface to two structural periods on both sides of the interface. The center twisted chiral sculpture film defect interface and different chiral sculpture film interface, on both sides of the interface the dielectric constant of the chiral sculpture film Zhang Liang difference is small, resulting in the spatial distribution of electric and magnetic fields on both sides of the interface. And the degree of localization is similar; The mobile sculpture film interface with different periods, the chiral sculpture film interface prepared by different vapor deposition incident angles, the chiral sculpture film interface with different materials, and the chiral sculpture film interface with different influence factors. The dielectric constant Zhang Liang of the chiral sculpture film on both sides of the interface differs greatly, resulting in the spatial distribution of electric and magnetic fields on both sides of the interface, as well as the degree of localization of the film.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.2

【共引文献】

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本文编号:2456935

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