亞波長金屬光柵的導模共振和異常透射特性研究.pdf

1、隨著微納光子學研究的發(fā)展，基于人工亞波長結構的光學元件中出現(xiàn)了一般光學元器件不具備的獨特光學特性和調(diào)控方法。亞波長結構光學元件尺寸主要在波長量級或亞波長量級，可以應用于制作高透射元件，濾波元件，偏振分離元件等，為下一代片上光互聯(lián)器件的開發(fā)與應用提供了許多可能。除此之外，因為亞波長結構的尺寸比較小，用傳統(tǒng)的理論描述光學現(xiàn)象往往不夠，需要借助類量子力學原理進行解釋。亞波長金屬光柵作為周期性結構的衍射元件，在滿足不同的相位匹配條件下，會有不同

2、的特殊現(xiàn)象，例如導模共振，異常透射現(xiàn)象，具備這種特性的光學元件擁有折射率檢測，窄帶濾波等方面的應用潛能。
　　本論文主要采用嚴格耦合波法（Rigiours Coupled Waved Approximation）分析和研究幾類人工亞波長金屬光柵結構中的導模共振和異常透射現(xiàn)象，并闡述其內(nèi)部光場的微觀作用機理。針對金屬亞波長共振光柵的特殊性質(zhì)，將傳統(tǒng)RCWA方法進行了一定的改進，自行開發(fā)程序，得到了與基于有限元全波仿真一致的結果。

3、r>　　一般的耦合波方法主要針對與介質(zhì)光柵的衍射分析，我們基于此種方法發(fā)展了針對金屬光柵的嚴格耦合波理論。編寫了快速收斂，穩(wěn)定運行的計算程序，并用其分析納米尺度單層金屬光柵中的基本衍射現(xiàn)象，詳細了解其內(nèi)部衍射特性。通過衍射曲線發(fā)現(xiàn)只有0級和±1級衍射級次出現(xiàn)，且參數(shù)對衍射效率有很大影響。
　　進一步，我們將光柵近似看作周期性波導，分析導模共振產(chǎn)生的基本過程和共振原理，將理論分析結果和數(shù)值仿真結果的進行了對比，進一步驗證導模共振產(chǎn)生

4、的機理。同時也為分析異常透射的物理機制提供有效的數(shù)值仿真方法，得到金屬光柵特殊光學透射特性，總結其中涉及的光學傳輸理論?；贔abry-Perot共振及表面等離子激元共振等理論機制，我們分別設計出雙層金屬光柵和二元雙層金屬光柵，分析其透射譜和微觀本征模式的相互耦合與激發(fā)情況，詳細討論了導模共振相關的共振光學傳輸過程。論文最后針對二元金屬光柵可能不同的應用進行了討論。
　　本文結果對于理解微納多層周期及非周期結構中的共振模式及其透射