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由于近场光学突破了光学分辨极限,理论上可以无限缩小光学最小分辨尺寸和最小标记尺寸,因此对于近场光学的研究成为目前光学研究的热点领域之一。近场光学研究距离物体表面波长量级范围内的光学现象,在近场范围内,光场包含了辐射场和倏逝波。倏逝波富含物体表面的亚波长结构信息,所以倏逝波是研究近场光学的核心内容。随离开物体表面距离的增加倏逝波迅速衰减,不能向远场传输。但如果用小于波长的小孔或颗粒靠近物体表面,可将倏逝波散射到远场,从而实现物体表面的精细结构信息的测量。表面等离子体激元实际上是被局域在金属表面的一种由光子与表面等离子体相互共振耦合而混合激发形成的电磁波,具有倏逝波的特征。 本文利用适用于理想导体和金属的二维时域有限差分法,编制了Fortran程序数值模拟了TM平面波经附加亚波长结构的狭缝时透射光场的光强分布及透过率的演化曲线。本论文首先讨论了改变附加在物体表面亚波长结构的形状和数量,对狭缝的透射光强分布的影响。然后研究了光经带有凹槽的狭缝时的异常透射现象,分析了凹槽结构的几何参数对透过率的影响。最后引入了Drude模型推导出适合Ag的时域有限差分迭代公式,并数值模拟了光经Ag亚波长结构的光强分布图和透过率随波长变化时的演化曲线。 全文内容共分六章。 第一章主要介绍了课题的研究背景,简单概述了表面等离子激元在近场光学中的应用以及透射增强的基本理论和发展现状。 第二章介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理以及特点,讨论了时域有限差分法数值解的稳定性条件以及时间步长与空间步长的关系,并且通过解Maxwell方程组给出有限差分的迭代方程式。然后介绍了时域有限差分法中常用的完全匹配层吸收边界。 第三章利用时域有限差分法模拟了TM平面波经附加亚波长结构的狭缝时透射光强的分布。首先讨论了分别在物体表面附加正方形,半圆形或者三角形的亚波长结构时,狭缝透射光强分布随亚波长结构形状的变化。然后讨论了随着在狭缝两侧附加正方形亚波长结构数量的增加,光能够沿正方形结构传播得更远。 第四章把带有凹槽的亚波长狭缝结构作为分析模型,模拟了在不同入射波波长以及不同结构几何参数下,光经狭缝时透过率的演化曲线。当TM平面波垂直照射理想导体亚波长狭缝时,透过率随波长变化的演化曲线在入射波波长为450nm和1050nm附近出现峰值,当平面波垂直入射到带有凹槽的狭缝时,透过率演化曲线除了上述两个峰值处,在入射波波长为650nm附近处,透过率又出现了一个峰值,且只有当凹槽为长方形时能出现这一个峰值,凹槽为其他形状时在这一波长段没有出现峰值。然后分别讨论了透过率随着凹槽宽度的增加其变化规律为先增大后减小,透过率随着凹槽深度的增加也出现先增大后减小的变化规律,透过率随着狭缝到凹槽的距离以及相邻凹槽的距离的增加没有明显的变化规律。最后通过时域有限差分法数值模拟了TM平面波垂直入射到带有凹槽的亚波长狭缝结构时的能流分布图。并通过能量的角度给出相应的理论解释,认为凹槽的存在实际上是改变了相应位置处能量的存储和再释放,从而影响了光的透过率。 第五章引入了Drude模型,编制适合金属散射的时域差分迭代方程,首先模拟了TM平面波经 Ag狭缝时其透射光强的分布,然后给出了透过率随入射波波长的演化曲线,其变化规律是先增大后减小。 第六章总结了本论文的主要内容,制定了后续工作计划。