基于等離子體超材料的人工表面等離子體研究.pdf

1、表面等離子體(Surface Plasmons，簡(jiǎn)稱(chēng)SPs)是被光在金屬表面激發(fā)的一種電子疏密波，是電子與光子的混合態(tài)。當(dāng)SPs存在于開(kāi)放型結(jié)構(gòu)時(shí)處于傳播狀態(tài)，此時(shí)稱(chēng)為表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，簡(jiǎn)稱(chēng)SPPs)；而當(dāng)SPs存在于閉合型結(jié)構(gòu)時(shí)處于本地諧振狀態(tài)，此時(shí)稱(chēng)為局域表面等離子體(Localized Surface Plasmons，簡(jiǎn)稱(chēng)LSPs)。由于貴金屬在光頻段具有的特殊性質(zhì)，基于SP

2、s的理論和應(yīng)用主要在光學(xué)領(lǐng)域獲得了大量研究，并取得了極大的進(jìn)展。為了將這種模式推廣應(yīng)用于微波和太赫茲波段，科學(xué)家們通過(guò)對(duì)金屬雕刻周期性槽的方法成功地實(shí)現(xiàn)了類(lèi)似SPs的人工表面等離子體(Spoof Surface Plasmons，簡(jiǎn)稱(chēng)SSPs)。同樣的，SSPs也因處于開(kāi)放型或閉合型結(jié)構(gòu)而分別稱(chēng)為人工表面等離子體激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons，簡(jiǎn)稱(chēng)SSPPs)或人工局域表面等離子體(Spoof L

3、ocalized Surface Plasmons，簡(jiǎn)稱(chēng)SLSPs)。而這類(lèi)支持SSPs的刻有周期性槽的金屬統(tǒng)稱(chēng)為等離子體超材料(plasmonic metamaterials)。
　　本文首先提出了一種等離子體超材料結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)研究了該結(jié)構(gòu)周期單元的尺寸對(duì)色散曲線的影響，發(fā)現(xiàn)槽深h是影響色散曲線的主要尺寸因素。同時(shí)也分析了用于支撐該等離子體超材料結(jié)構(gòu)的不同介質(zhì)基板對(duì)色散關(guān)系的影響。通過(guò)與現(xiàn)有常見(jiàn)的等離子體超材料的周期單元及色散曲線

4、對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文提出的等離子體超材料結(jié)構(gòu)可更為有效地支持SSPs。
　　其次，本文借助該等離子體超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了開(kāi)放型SSPPs波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了可以與共面波導(dǎo)平穩(wěn)過(guò)渡的匹配轉(zhuǎn)換器。采用共面波導(dǎo)饋電，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了單排SSPPs波導(dǎo)濾波結(jié)構(gòu)、雙排SSPPs波導(dǎo)濾波結(jié)構(gòu)、雙排SSPPs波導(dǎo)雙頻濾波結(jié)構(gòu)和SSPPs波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)四種實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)，并研究了這類(lèi)結(jié)構(gòu)的彎曲損耗和共形特性。
　　最后，本文借助該等離子體超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了閉