亞波長金屬結(jié)構(gòu)光傳輸特性的時(shí)域有限差分模擬.pdf

1、分類號(hào)密級(jí)UDC編號(hào)碩士學(xué)位論文亞波長金屬結(jié)構(gòu)光傳輸特性的時(shí)域亞波長金屬結(jié)構(gòu)光傳輸特性的時(shí)域有限差分模擬有限差分模擬研究生姓名：羅虎指導(dǎo)教師姓名、職稱：王新林教授學(xué)科、專業(yè)名稱：物理電子學(xué)研究方向：激光與光電子技術(shù)及應(yīng)用2012年5月I摘要表面等離子體在信息、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用前景，尤其在微納光子器件方面，人們已構(gòu)筑了一些亞波長光子器件原型。然而這些器件當(dāng)前只是概念型器件，很多研究工作還有待展開，如：繼續(xù)深入地探究亞波長金

2、屬結(jié)構(gòu)中光透射增強(qiáng)現(xiàn)象的物理機(jī)制；探究表面等離子體光子器件的調(diào)控機(jī)理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控；對(duì)各種表面等離子體光子器件在材料、結(jié)構(gòu)等方面加以改進(jìn)和提高，并探索新的光子器件。本論文基于嚴(yán)格的經(jīng)典電磁場理論，從麥克斯韋方程組出發(fā)，運(yùn)用時(shí)域有限差分（FiniteDifferenceTimeDomainFDTD）數(shù)值模擬方法，研究了新穎的太極型孔陣列結(jié)構(gòu)的光濾波特性和填充非線性材料的金屬狹縫光分束特性，主要內(nèi)容如下：（1）介紹了表面等離子體的基本性質(zhì)、

3、新穎效應(yīng)，并介紹了本論文中運(yùn)用的電磁場的數(shù)值模擬方法——時(shí)域有限差分方法的基本理論，推導(dǎo)及實(shí)現(xiàn)了適用于金屬色散介質(zhì)及非線性光學(xué)材料的FDTD算法與程序。（2）利用三維FDTD方法，首次模擬計(jì)算了亞波長太極型孔陣列結(jié)構(gòu)的光傳輸特性，結(jié)果表明太極形孔陣列在可見光和近紅外波段均具有良好的帶通濾波特性，其中在可見光波段的通帶半高全寬僅20nm。研究了孔陣列周期與入射光偏振方向?qū)μ珮O形孔陣列結(jié)構(gòu)濾波特性的影響。通帶中心波長主要由與偏振方向一致的陣

4、列周期決定，并隨著該周期的增大而發(fā)生紅移。通過調(diào)節(jié)光源偏振方向可實(shí)現(xiàn)對(duì)太極形孔陣列濾波特性的動(dòng)態(tài)調(diào)控。（3）利用二維FDTD方法，模擬計(jì)算填充非線性材料的亞波長金屬狹縫的光分束特性，研究了填充非線性材料的金屬狹縫結(jié)構(gòu)的光分束特性及其調(diào)控原理?；谔畛浞蔷€性材料的金屬三狹縫對(duì)稱結(jié)構(gòu)獲得了輸出端口數(shù)目可動(dòng)態(tài)調(diào)控的新型光分束器：當(dāng)入射光強(qiáng)為8.3GWcm2時(shí)，為12對(duì)稱光分束器，分束角度約為64；當(dāng)入射光強(qiáng)為1.33GWcm2時(shí)，為13對(duì)稱光