含色散特異材料結(jié)構(gòu)的光傳播特性研究.pdf

1、特異材料是指一切自然界中不存在的人工設(shè)計(jì)的具有某些奇特性質(zhì)的材料，主要包括介電常數(shù)與磁導(dǎo)率皆為負(fù)值的負(fù)折射率材料以及兩者之一為負(fù)值的單負(fù)材料。由于其展現(xiàn)出的新奇電磁特性，特異材料在2003年被美國(guó)“Science”雜志評(píng)為十大科學(xué)進(jìn)展之一。表面等離子體是指在金屬與介質(zhì)界面處傳播的一種電磁模式，由于具有增強(qiáng)透射、克服傳統(tǒng)光學(xué)中的衍射極限等諸多優(yōu)點(diǎn)，表面等離子可以作為新的信息和能量的傳播載體，是目前光學(xué)及材料學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。表面等離子

2、體賴于傳播的金屬納米結(jié)構(gòu)也是一種新的特異材料，這些金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)于制作微型化光學(xué)器件和集成光子回路具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算，詳細(xì)研究了由特異材料組成的一維多層結(jié)構(gòu)和金屬納米結(jié)構(gòu)中的光學(xué)及光傳播特性，具體研究成果如下：
　　 (1)從理論上證明了由兩類色散特異材料組成的一維光子晶體具有完全帶隙，這種完全帶隙來(lái)源于單負(fù)材料中倏逝波的隧穿相互作用，它與由前行波和后行波的相互作用形成的Bragg帶

3、隙具有完全不同的性質(zhì)。并且在此工作的基礎(chǔ)上，從理論上證明了由兩類特異材料和一類普通材料組成的一維光子晶體同時(shí)具有倏逝波隧穿完全帶隙和Bragg完全帶隙。
　　 (2)系統(tǒng)地研究了含有cap層的由兩類色散特異材料組成的半無(wú)限一維光子晶體的表面模，詳細(xì)討論了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)對(duì)表面模的影響。在這種光子晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)兩種新的表面模，一種表面模的電場(chǎng)在光子晶體的第一個(gè)周期內(nèi)形成由于材料色散造成的共振；當(dāng)cap層和光子晶體的元胞具有相

4、同的厚度時(shí)，另一種表面模的電場(chǎng)可以在cap層內(nèi)形成共振。
　　 (3)研究了電磁波在兩類單負(fù)材料組成的一維光子晶體耦合微腔結(jié)構(gòu)中的傳播特性，從理論上證明了僅用一種類型的微腔便可得到兩個(gè)微帶，對(duì)微腔的厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制后，兩個(gè)微帶會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)Wannier-Stark梯。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在完全由單負(fù)材料中組成的一維多層結(jié)構(gòu)中，由于倏逝波的隧穿作用形成的傳播模式可以產(chǎn)生Bloch振蕩和Zener隧穿。
　　 (4)提出了一種