周期性結(jié)構(gòu)中負折射和人造等離子體的研究.pdf

1、以光子晶體為代表的周期性結(jié)構(gòu)是一種介質(zhì)或金屬周期排列構(gòu)成的新型復合材料，它為操縱、控制光及電磁波提供了新的途徑。由于其獨特的性能和潛在的巨大應(yīng)用前景，近十幾年來，光子晶體已成為一個發(fā)展迅速的科學研究新領(lǐng)域。本論文著重研究基于周期性結(jié)構(gòu)中色散特性的兩種特殊現(xiàn)象：負折射現(xiàn)象和人造表面等離子體波，同時應(yīng)用這兩種特殊物理現(xiàn)象設(shè)計新的器件。 第一章，我們首先引入光子晶體的概念，然后以時間為線索重點介紹了光子晶體色散方面的研究狀況，主要包括

2、負折射現(xiàn)象和人造表面等離子體波。其中負折射光子晶體又分為等效負折射率光子晶體和全角度負折射光子晶體。 由于等效負折射率光子晶體不能完全等效于負折射率介質(zhì)，特別是斷面的切割和界面方向?qū)ν干渎视泻艽蟮挠绊?，第二、三章主要是對等效負折射率光子晶體的等效性進行分析。 第二章，我們分析斷面切割對負折射光子晶體平板成像的影響。通過計算不同切割情況下傳遞函數(shù)的變化，我們討論了這種影響。并且通過討論表面波模的能帶結(jié)構(gòu)，我們對這種影響進行

3、了物理解釋，從中可以看到表面波模對提高成像質(zhì)量的作用。 第三章，我們運用layer—KKR方法計算得到平面波與半無限負折射光子晶體中Bloch波的耦合效率，從而可以將介質(zhì)．等效負折射率光子晶體的透射率與介質(zhì)-負折射率介質(zhì)的透射率進行系統(tǒng)的比較。同時，我們詳細討論了界面方向和模式對稱性對耦合效率的影響。 第四章，我們研究了全角度負折射光子晶體的聚焦特性。通過改進的layer-KKR方法，我們計算得到光子晶體點源成像的透射譜

4、和像場分布。通過分析全角度負折射光子晶體成像中透射場的強度譜和相位譜，我們討論了全角度負折射光子晶體成像聚焦的機理，并解釋了其中的一些特殊現(xiàn)象。 通過第二，三章對等效負折射率光子晶體的深入研究，我們發(fā)現(xiàn)Notomi所提出的開放諧振腔結(jié)構(gòu)對等效負折射率光子晶體是不可行的。在第五章中，我們給出了我們所設(shè)計開放諧振腔結(jié)構(gòu)，討論了斷面切割對開口諧振腔品質(zhì)因素的影響，提出了開口諧振腔在生物傳感器方面的應(yīng)用。 第六章，我們通過高折射

5、率介質(zhì)的空間調(diào)制，得到了人造表面等離子體結(jié)構(gòu)中全角度負折射所需的色散關(guān)系，實現(xiàn)表面波的負折射現(xiàn)象。并且我們還數(shù)值模擬了平板透鏡的次波長成像。 第七章，我們應(yīng)用人造表面等離子體與光波段中的表面等離子體的相似性，類比研究了理想金屬和實際金薄膜情況下的“異常透射”。通過研究理想金屬薄膜的情況下周期性小孔結(jié)構(gòu)的能帶關(guān)系，我們討論兩種不同的共振模對異常透射的影響，從而給出了“形狀影響”的物理解釋。 第八章，我們利用人造表面等離子體