【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和電磁性質,例如使局域部分電磁場增強、對光的選擇性吸收和散射,電磁波的亞波長束縛等。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的界面上激發(fā)的表面等離激元,它可以沿著薄膜進行遠距離傳播,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,由于加工制備技術的發(fā)展和模擬分析方法的進展,對表面等離激元的機制的研究也隨之逐漸深入,等離激元光子學也已經發(fā)展成為一門新興的熱點學科,并且在信息、能源、化學、生物等領域具有廣闊的應用前景。本文通過基于時域有限差分法的商用軟件CST進行仿真,用矢量網絡分析儀進行實驗驗證,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計、仿真、實驗研究和原理分析。本文主要內容分為三個部分:(1)研究了螺旋結構單元和螺旋結構二聚體的表面等離激元共振形式和耦合規(guī)律。通過對仿真結果的分析,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;耦合產生的反向耦合模式可以有效地提高傳感質量因子。這些結論可以更好地認識表面等離激元的雜化作用,對復雜結構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可以顯著提高傳感器的傳感質量因子,這為基于超材料的高靈敏傳感器的結構設計提供了新的思路。(2)研究了螺旋結構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。通過仿真和實驗驗證了螺旋五聚體結構上電磁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共振的強度對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量因子,在高靈敏傳感器等方面有很多潛在的應用。(3)基于多個圓環(huán)嵌套的單元結構,設計、加工與測試了一種對偏振無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。仿真結果表明該濾波器存在三個通帶,中心頻率分別為7.22 GHz、10.10 GHz和14.46 GHz,3 dB相對帶寬分別為17.5%,20.2%和17.4%,中心頻率處透過率分別為-0.85 dB,-0.69 dB,-1.73 dB。單元結構具有旋轉對稱性,使得該濾波器對電磁波偏振不敏感,并且在入射角達到40°時,三個波段依然維持較好的穩(wěn)定性。通過監(jiān)測諧振頻點處的表面電流分布情況,分析了三波段濾波的物理機理。這種帶通濾波器具有多波段濾波、偏振無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、信息通訊等領域發(fā)揮一定的作用。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB303;TN713

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本文編號：2475743