多層金屬—介質(zhì)光子晶體近紅外波段光學(xué)特性的研究.pdf

1、表面等離子激元(SurfacePlasmonPolaritons)或表面等離子體(SurfacePlasmon)是在電介質(zhì)和導(dǎo)體界面間激發(fā)的一種電磁波，并且通常被限定在界面的垂直方向上形成倏逝波。這種在界面上傳播的電磁波是通過電磁場和導(dǎo)體的電子等離子體相耦合而形成的。隨著當(dāng)前表面加工工藝的進(jìn)一步發(fā)展，各種新型的激發(fā)表面等離子激元的結(jié)構(gòu)被開發(fā)出來，從而進(jìn)一步拓展了表面等離子激元的運(yùn)用。有效地激發(fā)表面等離子體的結(jié)構(gòu)不僅可以更好地改變器件的性

2、能，同時(shí)，新型的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生新的物理現(xiàn)象和實(shí)現(xiàn)新的功能。金屬二維孔陣列的超強(qiáng)透射效應(yīng)（Extra-OrdinaryTransmission）拓展了表面等離子激元在光學(xué)傳感上的應(yīng)用。另外，結(jié)合表面等離子體和材料熱輻射特性制作的紅外輻射源使得輻射源可以具有窄帶寬輻射特性。
　　本文在闡述了表面等離子極化原理的基礎(chǔ)之上利用基于時(shí)域有限差(FDTD)方法的計(jì)算軟件，研究了二維金屬光子晶體結(jié)構(gòu)在表面等離子體中的運(yùn)用。通過對多層光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行建模仿真來分析其在近紅外波段的光學(xué)特性，研究并總結(jié)了結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料屬性等對光學(xué)特性的影響。同時(shí)，本文的研究方向處于近紅外波段，為在該波段上進(jìn)行近紅外輻射器或者氣體探測等多方面的研究做鋪墊。本文主要研究工作如下:
　　(1)針對金屬-介質(zhì)-介質(zhì)構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)，研究了該結(jié)構(gòu)嵌有周期性排列的圓孔陣列時(shí)的光透射特性，研究了金屬表面等離子體的激發(fā)對結(jié)構(gòu)透射特性的影響。比較了圓孔呈四邊形排列和正六邊形排列兩種情況下結(jié)構(gòu)的透射譜線特征，分析了

4、譜線的峰值同金屬材料及等離子極化共振模式之間的關(guān)系。通過模擬對比發(fā)現(xiàn)，圓孔呈正六邊形排列的結(jié)構(gòu)的透射譜線具有更好的選譜特性，而四邊形晶格則通常有亞峰值，使得其頻譜選擇性較差。
　　(2)研究了銀-二氧化硅-銀三層光子晶體結(jié)構(gòu)的吸收譜線，發(fā)現(xiàn)其吸收譜線具有隨著二氧化硅厚度減少而存在的紅移現(xiàn)象;分析了二氧化硅厚度對等離子體激發(fā)模式的影響。通過分析得知，兩個(gè)銀-二氧化硅界面上表面等離子激元的相互耦合導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)吸收峰值出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。另外，