亞波長結(jié)構(gòu)金屬薄膜中光的異常傳輸現(xiàn)象及應(yīng)用.pdf

1、本文對亞波長周期結(jié)構(gòu)的金屬薄膜的異常傳輸現(xiàn)象及其應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先本文用耦合模理論對亞波長周期結(jié)構(gòu)金屬薄膜異常傳輸現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行了研究，證明異常傳輸過程中，表面等離子波與光波之間在小孔中通過瞬衰波的交疊耦合為上下兩個(gè)表面的能量下降渠道，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合，并解釋了異常傳輸譜中不同級次透射峰的強(qiáng)度分布。 對準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)金屬薄膜的異常傳輸現(xiàn)象進(jìn)行了研究，詳盡研究了Fibonacci小孔鏈的異常傳輸譜。由于Fibonacci結(jié)構(gòu)中

2、的多重位相匹配機(jī)制，異常傳輸譜具有多重分形結(jié)構(gòu)。計(jì)算了隨Fibonacci序列長度而變化的標(biāo)度因子，異常傳輸譜隨鏈長呈標(biāo)度不變性，可以看作是表面等離子波局域化的證據(jù)。用FDTD模擬證明了表面等離子波的局域性分布。研究表明可以用異常傳輸譜的性質(zhì)來預(yù)測表面等離子波的模場分布，這對于準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)金屬薄膜在新型納米表面等離子體器件的開發(fā)應(yīng)用具有較大作用。 根據(jù)亞波長周期結(jié)構(gòu)金屬薄膜的異常傳輸現(xiàn)象的波長選擇性，設(shè)計(jì)了一種新型的彩色濾波器，特

3、別適合用于OLEDs的彩色顯示。本文不僅探討了濾波器的設(shè)計(jì)，同時(shí)，還討論了提高其色彩顯示質(zhì)量的方法和分辯率問題。所設(shè)計(jì)的彩色濾波器可以提高OLEDs光能的抽取率。增強(qiáng)的傳輸效率，加上較尖銳的三原色波長的共振峰，使所設(shè)計(jì)的濾波器的色彩顯示質(zhì)量高，是一種具有一定應(yīng)用前景的濾波器。 研究了一種金屬薄膜上的新型亞波長結(jié)構(gòu)--取樣周期結(jié)構(gòu)的異常傳輸特性，對這種結(jié)構(gòu)的多重位相匹配及其引起的多波長異常傳輸?shù)默F(xiàn)象進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，探討了這

4、種結(jié)構(gòu)的用途。提出了梳狀濾波器和雙波長濾波器的設(shè)計(jì)思想。與一般濾波器相比，基于取樣周期金屬薄膜的濾波器具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成的特點(diǎn)，特別適合于微全分析系統(tǒng)，也可以用在OLEDs等特別小型化的多波長光源。為了優(yōu)化梳狀濾波器，本文研究了如取樣長度，狹縫間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)對于異常傳輸光譜的影響，得到波長間距和強(qiáng)度近似均勻的梳狀濾波器。為使雙波長濾波器應(yīng)用于微全分析系統(tǒng)的熒光光譜分析，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和雙峰位置的關(guān)系，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

5、 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面： 1.對于異常傳輸問題的研究，國際上普遍采用的方法是一些數(shù)值計(jì)算方法，如FDTD，嚴(yán)格耦合模方法，物理意義不清晰，物理意義最為清晰的理淪方法是第三章提到的Martin-Moren等人采用的波導(dǎo)模展開法。本文首次采用經(jīng)典耦合模原理對納米結(jié)構(gòu)金屬薄膜的異常傳輸問題進(jìn)行了分析，物理意義也十分清晰，正如第三章所分析，Martin-Moren等人的方法實(shí)際上對應(yīng)于晶體中電子波函數(shù)的緊束縛近似，而本文

6、提出的理論方法實(shí)際上對應(yīng)于自由電子近似，所以本文的理論方法和Martin-Moren等人的理論方法可以互相補(bǔ)充。 2.對于金屬薄膜的異常傳輸問題，國際上的研究主要集中于周期性結(jié)構(gòu)的機(jī)理研究及其應(yīng)用開發(fā)，而對于周期結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)研究得很少。本文首次研究了亞波長結(jié)構(gòu)金屬薄膜的異常傳輸譜與表面等離子波的分形效應(yīng)和標(biāo)度變化規(guī)律的密切關(guān)系，并分析了其模場分布的局域效應(yīng)，為表面等離子波的表征及其模場局域化的研究提供了一個(gè)新的思路。