31215.金屬光柵和微納結(jié)構(gòu)中等離子體共振特性及機理研究

1、中圖分類號UDC0436530博士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q5三3密級公玨金屬光柵和微納結(jié)構(gòu)中等離子體共振特性及機理研究Researchonplasmonresonantcharacteristicsandmechanisminmetallicgratingandmicronanostructllres作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：劉志敏凝聚態(tài)物理等離子光學(xué)物理與電子學(xué)院李宏建論文答辯日期型!蘭：皇：鯊答

2、辯委員會主席中南大學(xué)2014年5月中南大學(xué)博士學(xué)位論文摘要金屬光柵和微納結(jié)構(gòu)中等離子體共振特性及機理研究摘要：Ebbesen在實驗上首次發(fā)現(xiàn)了具有亞波長小孔陣列的非透明金屬薄膜對光波的異常傳輸現(xiàn)象。隨后關(guān)于表面等離子體亞波長光學(xué)的研究引起了人們極大的興趣，不僅是其背后豐富的物理激發(fā)機理，更重要的是其蘊藏著巨大應(yīng)用價值，而且滲透到許多相關(guān)領(lǐng)域。本論文結(jié)合表面等離子體亞波長光學(xué)及電磁場相關(guān)理論，運用時域有限差分(FDTD)方法，針對復(fù)合結(jié)構(gòu)

3、，異質(zhì)結(jié)構(gòu)，微納諧振器結(jié)構(gòu)，納米管及其陣列結(jié)構(gòu)等模型的表面等離子體共振傳輸現(xiàn)象、相位共振和等離子誘導(dǎo)透明特性等展開研究。本論文的主要研究內(nèi)容如下：1構(gòu)建了復(fù)合金屬光柵，并研究其相關(guān)光學(xué)傳輸特性。首先討論了通過結(jié)構(gòu)的差異來構(gòu)建復(fù)合光柵，如：在雙狹縫金屬光柵的兩個狹縫內(nèi)分別引入凸起結(jié)構(gòu)。當(dāng)引入的凸起結(jié)構(gòu)在兩狹縫內(nèi)對稱分布時，相比較于直通道狹縫光柵的情況，狹縫內(nèi)局域波導(dǎo)共振奇偶模式表現(xiàn)出不同的變化特性，奇模發(fā)生藍(lán)移，偶模則表現(xiàn)出紅移。當(dāng)引入的

4、凸起結(jié)構(gòu)在兩狹縫內(nèi)非對稱分布時，相比較于對稱分布的情況，局域波導(dǎo)共振峰發(fā)生劈裂現(xiàn)象，且劈裂現(xiàn)象可以通過改變兩個凸起結(jié)構(gòu)的位置、尺寸來調(diào)制，而且劈裂現(xiàn)象對于兩個狹縫中一個設(shè)置凸起和另一個設(shè)置缺口的復(fù)合光柵的調(diào)制更加敏感。劈裂現(xiàn)象形成的機理通過相位共振機制和場分布情況進(jìn)行了分析與討論。從場分布情況可知：在某些特定波長可以實現(xiàn)光場從兩個狹縫中的任意一個狹縫通過的選擇，從而實現(xiàn)了光通道選擇器的構(gòu)建。其次，復(fù)合金屬光柵也可以通過介質(zhì)因素的差異來構(gòu)

5、建復(fù)合光柵。研究了介質(zhì)因素對金屬光柵相位共振的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相位共振劈裂現(xiàn)象對介質(zhì)的調(diào)制作用非常敏感，兩個狹縫內(nèi)的介質(zhì)稍有差異，狹縫內(nèi)所有的局域波導(dǎo)共振模式都出現(xiàn)了非常明顯的劈裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了傳輸透射為0帶隙結(jié)構(gòu)，并對相關(guān)的機理進(jìn)行了分析和討論。2構(gòu)建了異質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬光柵。不同的金屬或金屬的比例在狹縫光柵的表面等離子體行為中也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。我們提出了由不同層數(shù)、不同狹縫寬度和厚度組成的多層Au／A1金屬薄膜包圍的納米金屬光柵，