發(fā)布時(shí)間：2019-05-13 08:39

【摘要】：表面等離激元是在金屬顆粒中自由電子發(fā)生的共振,它具很多新穎的光學(xué)和電磁性質(zhì),例如使局域部分電磁場(chǎng)增強(qiáng)、對(duì)光的選擇性吸收和散射,電磁波的亞波長(zhǎng)束縛等。表面等離激元包括兩種類型,傳播型表面等離激元和局域型表面等離激元。前者是在金屬薄膜和介質(zhì)的界面上激發(fā)的表面等離激元,它可以沿著薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播,故稱為傳播表面等離激元。后者是金屬顆粒中由于自由電子的震蕩受到了尺寸的限制,所以稱為局域表面等離激元。近年來(lái),由于加工制備技術(shù)的發(fā)展和模擬分析方法的進(jìn)展,對(duì)表面等離激元的機(jī)制的研究也隨之逐漸深入,等離激元光子學(xué)也已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)新興的熱點(diǎn)學(xué)科,并且在信息、能源、化學(xué)、生物等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文通過(guò)基于時(shí)域有限差分法的商用軟件CST進(jìn)行仿真,用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,研究了螺旋單元的等離激元共振特征,螺旋粒子兩體之間的耦合特征,螺旋五聚體的Fano共振特征,以及三波段寬帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)驗(yàn)研究和原理分析。本文主要內(nèi)容分為三個(gè)部分:(1)研究了螺旋結(jié)構(gòu)單元和螺旋結(jié)構(gòu)二聚體的表面等離激元共振形式和耦合規(guī)律。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析,并用等離激元雜化理論加以解釋,得出以下主要結(jié)論:螺旋二聚體存在正向耦合和反向耦合兩種模式,反向耦合使輻射損耗降低從而導(dǎo)致共振線寬減小,而同向耦合使輻射損耗增大從而使共振線寬增大;耦合產(chǎn)生的反向耦合模式可以有效地提高傳感質(zhì)量因子。這些結(jié)論可以更好地認(rèn)識(shí)表面等離激元的雜化作用,對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)之間的耦合提供了分析思路。另外,利用人工表面等離激元的雜化效應(yīng)可以顯著提高傳感器的傳感質(zhì)量因子,這為基于超材料的高靈敏傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的思路。(2)研究了螺旋結(jié)構(gòu)五聚體的耦合共振情況,五聚體的共振模式可以分為兩組,分別是電Fano共振磁Fano共振,兩組共振都起源于中心粒子和周邊四聚體的破壞性耦合。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了螺旋五聚體結(jié)構(gòu)上電磁Fano共振的存在。隨著粒子間距增大,粒子間耦合作用減小。磁Fano共振的強(qiáng)度對(duì)入射電磁波角度變化很敏感,而電Fano共振不受影響。螺旋五聚體具有高傳感質(zhì)量因子,在高靈敏傳感器等方面有很多潛在的應(yīng)用。(3)基于多個(gè)圓環(huán)嵌套的單元結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)、加工與測(cè)試了一種對(duì)偏振無(wú)依賴以及大角度入射穩(wěn)定的三波段超材料寬帶帶通濾波器。仿真結(jié)果表明該濾波器存在三個(gè)通帶,中心頻率分別為7.22 GHz、10.10 GHz和14.46 GHz,3 dB相對(duì)帶寬分別為17.5%,20.2%和17.4%,中心頻率處透過(guò)率分別為-0.85 dB,-0.69 dB,-1.73 dB。單元結(jié)構(gòu)具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,使得該濾波器對(duì)電磁波偏振不敏感,并且在入射角達(dá)到40°時(shí),三個(gè)波段依然維持較好的穩(wěn)定性。通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振頻點(diǎn)處的表面電流分布情況,分析了三波段濾波的物理機(jī)理。這種帶通濾波器具有多波段濾波、偏振無(wú)依賴以及大角度入射穩(wěn)定等特性,有望在多頻譜成像技術(shù)、信息通訊等領(lǐng)域發(fā)揮一定的作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB303;TN713

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本文編號(hào)：2475743