人工表面等離激元的物理特性研究.pdf

1、人工表面等離激元是一種存在于亞波長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)表面的電磁波，根據(jù)傳輸性能的不同分為人工表面等離極化激元和人工局域表面等離激元，可將表面等離激元的工作頻率范圍從近紅外及光波段擴(kuò)展至微波及太赫茲波段，并為新型電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的可能。本論文對(duì)人工表面等離激元的部分電磁特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，探討了人工表面等離激元的新物理現(xiàn)象和潛在應(yīng)用，并對(duì)人工表面等離激元的一些新奇特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:
　　提出了非對(duì)稱人工局域表面

2、等離激元諧振結(jié)構(gòu)，并研究其Fano諧振特性。通過求解不同平面波入射情況下人工局域表面等離激元諧振結(jié)構(gòu)的消光譜，分析了諧振單元的各向異性和多極子諧振特性。改變兩個(gè)諧振單元的半徑尺寸，將寬帶的偶極子諧振調(diào)諧到與窄帶的多極子諧振位置發(fā)生重疊，觀察到發(fā)生相消干涉產(chǎn)生Fano諧振。
　　基于了螺旋型開槽金屬圓盤上人工局域表面等離激元的電諧振模式和磁諧振模式，提出了“金屬條-螺旋形開槽金屬圓盤”復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用金屬條電偶極子諧振通過近場(chǎng)耦合作用

3、激發(fā)螺旋形開槽金屬圓盤的磁偶極子諧振，磁偶極子與電偶極子發(fā)生相消干涉導(dǎo)致金屬條的諧振強(qiáng)度降低，實(shí)現(xiàn)了電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)。
　　提出了人工局域表面等離激元的徑向高階諧振模式，從色散關(guān)系的角度探討人工表面等離極化激元與人工局域表面等離激元之間的關(guān)系。利于等效媒質(zhì)和Mie散射理論計(jì)算周期開槽金屬圓柱體的散射截面積，獲得其徑向高階諧振特性，通過仿真求得人工局域表面等離激元諧振與金屬圓柱體高度之間的關(guān)系，并在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了兩種不同形狀的超薄開槽

4、圓盤上的人工局域表面等離激元徑向高階電、磁諧振特性。
　　提出了由螺旋形開槽金屬盤圓組成的二聚體結(jié)構(gòu)上的人工局域表面等離激元的模式雜化和場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。通過改變激勵(lì)方向來考察此結(jié)構(gòu)的模式雜化，在不同的激勵(lì)方向情況下出現(xiàn)了不同的成鍵態(tài)和反健態(tài)諧振模式。隨著二聚體結(jié)構(gòu)間隙的縮小，場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。利用縮小間隙電尺寸的方法達(dá)到最大增強(qiáng)倍數(shù)。
　　提出了一種人工表面等離極化激元與準(zhǔn)TEM波模式的完美轉(zhuǎn)換方法，將人工表面等離極化激元波導(dǎo)

5、與微帶線匹配連接。微帶線內(nèi)傳輸?shù)氖菧?zhǔn)TEM波，其電場(chǎng)分布在上層金屬條與下層地之間垂直分布。通過過渡結(jié)構(gòu)將微帶線內(nèi)垂直極化的電磁波過渡到共面波導(dǎo)內(nèi)水平極化的電磁波。再利用漸變開槽結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的導(dǎo)波模式轉(zhuǎn)換為人工電磁表面極化激元波導(dǎo)上的表面波模式。
　　提出了人工表面等離極化激元和人工局域表面等離激元之間的相互耦合機(jī)制。利用周期開槽金屬條上的人工表面等離極化激元可以激勵(lì)起螺旋形開槽金屬圓盤上人工局域表面等離激元的電、磁諧振。被激勵(lì)起的