表面等离子体器件建模研究

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论文首先介绍了表面等离子体(SPP)产生的原理,并依照这个理论,设计了基本的物理结构,根据Maxwell方程推出了SPP传播的色散方程。根据这个色散方程,人们已经研究了并实现了多种多样的表面等离子体构件。Drude色散模型和洛伦兹色散模型是实际应用中比较经典的色散模型,所采用的色散模型就是洛伦兹色散模型。Drude色散模型和洛伦兹色散模型的原理我们也将给出说明。其中,洛伦兹色散模型是Maxwell色散模型的很好近似。由于表面等离子体的色散特性,使得表面等离子体具有很多与众不同的性质。如:局域场增强效应和反常透射效应。可以在超高分辨率纳米光刻技术,表面等离子体波导,表面增强拉曼散射,光学天线等众多方面有广泛应用。  接下来,论文总结并分析了常见的SPP应用及波导器件,并对他们的传播特点进行介绍。包括周期性阵列结构,圆形,矩形,T形和多腔耦合的复杂结构。周期阵列结构可以利用其周期性对传输的SPP进行良好过滤,这也是由T.W.Ebbesen发表在Nature上周期空阵列的一个应用与改进,但由于周期性阵列结构一般具有几百纳米的尺寸,在光学集成领域很难满足高集成度的效果。圆形,矩形,T形和多模耦合腔纳米结构以其尺寸小(约几十纳米),容易加工,已经得到了广泛的研究和应用。  随后,论文介绍必要的微波理论,并以及微波理论和表面等离子体理论相结合,来定量分析了具有代表行的金属-介质-金属(M-I-M)结构波导。根据这些结论首次对耦合腔branch-buffer结构波导进行了理论和数值分析,得到了良好的效果。微波理论是经典电磁学理论的重要分支,并借助Maxwell方程能够得到严格的物理理论解释,在矩形腔,圆柱腔,对称结构,耦合腔等结构中可以得到很好的解析解。由于SPP也是一种电磁波,由于在MIM结构中主要是横模传播,纵模被很好地抑制了,因此将经典微波理论和SPP研究相结合,是推进SPP理论研究和洪城应用的重要手段。  最后对文章进行总结,并对文章内容的进一步研究进行的分析,展望。希望对后来研究者给一个很好的启示。
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