基于類表面等離激元共振的亞波長微波波導(dǎo)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高集成的光子及微波器件關(guān)注熱度逐近攀升，其中表面等離激元(surface plasmon,SP)更是成為研究的熱點(diǎn)。SP是沿金屬與介質(zhì)交界面?zhèn)鞑サ碾姶殴舱駪B(tài)，其工作頻率一般在可見光和近紅外區(qū)域。人工表面等離激元(spoof SP)可以拓寬工作頻率，本文主要研究如何通過人工結(jié)構(gòu)的形式及幾何參數(shù)來實(shí)現(xiàn)微波和太赫茲頻率SPs的傳輸控制。
　　本文從表面等離子激元的兩大特性出發(fā)，來了解金屬波導(dǎo)內(nèi)表面的SPs傳

2、播模式。表面等離激元一般可分為局域表面等離激(Localized surface plasmon,LSP)與表面等離極化激元(surface plasmon polariton,SPP)。本文首先介紹了幾種產(chǎn)生spoof SPP的人工結(jié)構(gòu)并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并詳細(xì)地分析了一維有限厚金屬周期表面凹槽結(jié)構(gòu)表面模的基本特性，并用有限元數(shù)值方法驗(yàn)證了spoof SPP的傳輸特性與該結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)之間的關(guān)系。此外，我們開展直接的微波實(shí)驗(yàn)測量，測

3、量了一階模式與二階模式的色散曲線，與計(jì)算結(jié)果相符。
　　我們同時(shí)研究了二維金屬表面凹槽所對(duì)應(yīng)反結(jié)構(gòu)（即金屬方柱陣列）中產(chǎn)生spoof SPP的情況，研究了這種結(jié)構(gòu)的色散特性，理論與數(shù)值結(jié)果較為吻合。
　　本文進(jìn)一步研究了有限長一維周期凹槽卷起來繞成圓柱狀結(jié)構(gòu)的特性，即其中的spoof LSP特性。從理論出發(fā)研究其共振峰的位置與幾何參數(shù)的關(guān)系，同時(shí)分別仿真分析了二維結(jié)構(gòu)與三維結(jié)構(gòu)情況的共振現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的復(fù)合結(jié)

4、構(gòu)，討論了其中的模式耦合情況，并仿真分析了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)中的模式競爭所致的Fano共振現(xiàn)象。
　　擴(kuò)展到實(shí)際應(yīng)用中時(shí)，為了將spoof SPP緊密的束縛在更小的尺寸范圍，類比SP狹縫波導(dǎo)的一種新型波導(dǎo)—“spoof-insulator-spoof”(SIS)波導(dǎo)—被提出。我們討論了這種波導(dǎo)的色散曲線與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并從理論與仿真兩方面進(jìn)行了對(duì)比。最后，本文研究了spoof LSP諧振器與SIS波導(dǎo)之間的不對(duì)稱多模耦合現(xiàn)象。模型組件是s