光学异常透射与特殊弯曲光束调控研究

作     者：聂俊英 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张中月

授予年度：2016年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：表面等离激元 光学异常透射 金属狭缝 弯曲光束 

摘      要：表面等离激元(surface plasmon, SP)是电磁波与金属表面自由电子相互作用时产生的一种电磁振荡模式,因其新颖的光学特性获得了广泛关注。表面等离激元对金属微纳阵列结构的形状、尺寸、周围介质及纳米结构的排列方式非常敏感,因此,可以通过调整上述影响因素来调控纳米结构的表面等离激元,使其能够运用到更多的研究领域。自周期性亚波长孔洞阵列金属薄膜的光学异常透射(Extraordinary Optical Transmission, EOT)现象被发现以来,其物理机理及应用研究不断取得突破,并随着SPs理论研究的逐步深入及微加工技术的不断进步,表面等离激元亚波长光学这一新兴学科也逐渐形成,这也使得SPPs在表面增强拉曼、光纤传感等领域有着巨大的应用潜力。此外,随着国际研究者对纳米全光集成电路研究的不断深入,制作具有特定功能、复杂的等离子体集成电路逐渐成为一种发展趋势,而对于在空间传播的表面等离激元光束的应用和光束轨迹多样性的要求也越来越高。本文就金属微纳结构的光学异常透射和特殊弯曲光束调控进行研究,具体内容及结果如下：(1)设计了多层膜金属狭缝阵列结构,并利用有限元方法研究了该阵列结构的光学异常透射特性,结果表明,与传统的单层膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以在透射光谱中产生多个透射峰,并且可以在介质层内实现局域电场增强的现象。此外,还研究了介质层的位置及周期等参数对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,研究表明,当介质层位置或其它结构参数改变时,银狭缝阵列的透射光谱发生红移或蓝移,这些结果将对调节透射峰的位置及调控多层膜金属狭缝阵列的光学特性具有一定的指导意义。(2)设计了非周期性分级凹槽阵列结构,并利用有限元方法研究了通过该阵列结构产生的空间弯曲光束。此外,本文还研究了凹槽阵列的结构参数、弯曲常数及不同入射波长所对应的电场分布,结果表明,对于相同目标曲线,随着弯曲常数的增大,光束弯曲程度增大,传播距离减小,凹槽的宽度对空间弯曲光束的形貌影响较小,且该理论适用于多个波长,并且发现无论结构参数改变还是弯曲常数等改变,其对应的光束都具有横向自弯曲特性与无衍射特性,这些结果在光纤传感、光学捕获、纳米操控及光学集成等方面有着重要的潜在应用。