手征雕塑薄膜界面Dyakonov-Tamm表面电磁波研究

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本论文系统研究了由两个异种手征雕塑薄膜间的平坦界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波的产生条件和传播特性。Dyakonov-Tamm表面电磁波是一种新型的表面电磁波,在光传感和光波导等领域具有重要的潜在应用前景。利用手征雕塑薄膜结构和形貌的五个影响因素,即纳米线相对于螺旋轴的取向、结构手性、结构周期、气相沉积入射角,以及材料种类,设计了六种用以引导Dyakonov-Tamm表面电磁波的异种手征雕塑薄膜界面:中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面、不同手性的手征雕塑薄膜界面、不同周期的手征雕塑薄膜界面、不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面、不同材料的手征雕塑薄膜界面,以及五个不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面。根据Maxwell方程组和Floquet-Lyapunov定理,建立了异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波传播的色散方程,采用搜寻迭代法、二分迭代法,以及Newton-Raphson迭代法计算了色散方程相对波数κ/κ0的实数解。利用归一法,分析了色散方程实数解所对应的电场和磁场的空间分布,通过衰减系数exp(-u1)、exp(-u2)、exp(-v1)和exp(-v2),表征了异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波的局域化程度。Dyakonov-Tamm表面电磁波色散方程相对波数κ/κ0实数解的计算结果表明,中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面和不同手性的手征雕塑薄膜界面,取向偏转角度不同,可以引导2种或3种不同相位速度和局域化程度的Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面,只有当入射角显著不同时,才可以引导1种或2种不同相位速度和局域化程度的Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同周期的手征雕塑薄膜界面和不同材料的手征雕塑薄膜界面,只有当周期和材料介电性能显著不同时,才可以在特定的取向偏转角度范围内引导1种Dyakonov-Tamm表面电磁波;不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面,也只可以引导1种Dyakonov-Tamm表面电磁波。电场和磁场的空间分布以及局域化程度的分析表明,所有异种手征雕塑薄膜界面引导的Dyakonov-Tamm表面电磁波均不同程度的局限于界面上,最大的衰减作用可将Dyakonov-Tamm表面电磁波局限于界面两侧2个结构周期以内。中心扭转的手征雕塑薄膜缺陷界面和不同手性的手征雕塑薄膜界面,界面两侧手征雕塑薄膜的介电常数张量差别较小,导致界面两侧电场和磁场的空间分布,以及局域化程度相似;不同周期的手征雕塑薄膜界面、不同气相沉积入射角制备的手征雕塑薄膜界面、不同材料的手征雕塑薄膜界面,以及不同影响因素组合的手征雕塑薄膜界面,界面两侧手征雕塑薄膜的介电常数张量差别较大,导致界面两侧电场和磁场的空间分布,以及局域化程度显著不同。
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