電磁波與低維固體表面等離體子相互作用的研究.pdf

1、伴隨著電磁異性材料(Electromagnetic Metamaterial)的發(fā)展，表面等離體子(Surface Plasmons) 因其潛在的發(fā)展前景而受到人們的廣泛關(guān)注，特別是電磁異性材料界面表面等離體子的研究更是近年來的熱點。本論文從表面等離體子的基本原理及性質(zhì)出發(fā)，詳細研究了電磁異性材料界面本征模式對入射電磁波的響應(yīng)特性，并利用衰減全反射方法分析了入射電磁波與表面等離體子的相互作用，分析了影響反射率變化的物理因素及機制。另外，

2、基于絕對零溫時低維固體等離體子的電磁響應(yīng)特性，本文還討論了溫度對自由電子系統(tǒng)色散關(guān)系的影響。
　　 本論文的第一部分主要研究電磁異性材料界面表面等離體子的本征模式，及其在入射電磁波作用下的衰減全反射波譜。其主要內(nèi)容和創(chuàng)新如下：首先，詳細分析了電磁異性材料單界面的本征模式，通過計算發(fā)現(xiàn)，在這種材料界面上，表面等離體子不僅可以由p-極化(TM modes)的入射波激發(fā)，也可以由s-極化(TE modes)的入射波激發(fā)，形成表面等離體

3、子激元，且其傳播特性隨著參數(shù)值的改變而不同。除此之外，和金屬界面不同，電磁異性材料界面的表面等離體子激元既能在材料的禁帶(Stop-band) 區(qū)域內(nèi)傳播，也能在材料的通帶(Pass-band) 區(qū)域內(nèi)傳播，且可能由一條變?yōu)榈皖l和高頻的兩條分支。接著，利用衰減全反射方法詳細的討論了兩種極化模式下入射電磁波與表面等離體子的相互作用，并計算和分析了影響耦合的幾個因素，結(jié)果證明：(1) 當入射電磁波與表面等離體子滿足波矢匹配條件時，兩者能夠相

4、互耦合，且其耦合強度受中間層厚度、電磁異性材料阻尼系數(shù)的影響；(2)入射角度和電磁異性材料占空比等參數(shù)對其相互耦合的頻率和強度大小都有重要的影響。
　　 其次，計算了電磁異性材料平板結(jié)構(gòu)上下界面本征模式的相互耦合，包括對稱型和非對稱型結(jié)構(gòu)。文中指出，隨著平板厚度的增加，上下界面表面等離體子本征模式的相互耦合逐漸減弱，直至演化為半無限大情形。同樣的，本文也分析了衰減全反射波譜中反射率隨中間層厚度和平板厚度的變化關(guān)系，結(jié)果再次表明中

5、間層厚度不影響耦合頻率而影響耦合的強度，但電磁異性材料平板厚度卻對兩者都有影響。本論文的第二部分主要探討了自由電子氣系統(tǒng)中，非零溫度對Lindhard 函數(shù)和色散關(guān)系的影響。從微觀理論出發(fā)，首先給出在絕對零溫時不同維數(shù)(三維、二維、一維)下Lindhard 函數(shù)和色散關(guān)系的解析表達式，接著，詳細計算了溫度對兩者的影響，并給出了物理解釋。數(shù)值計算的結(jié)果表明，溫度在不同維數(shù)下對Lindhard 函數(shù)和色散關(guān)系的影響與費米波矢(或費米溫度)的