人工磁表面等离激元的弯折传输特性研究

作     者：刘兴兴 

作者单位：桂林电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅涛

授予年度：2021年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：人工磁表面等离激元 超薄金属螺旋结构 耦合模理论 传输特性 场分布 

摘      要：在入射光作用下,金属表面的自由电子产生集体振荡这一现象被称为表面等离激元,并且在光电集成器件领域有广阔的研究前景。但在低频段内较难产生这种现象,于是,相关研究人员提出了人工表面等离激元的概念,即通过在金属表面刻蚀周期性结构产生表面波。磁人工局域表面等离激元作为其中一种类型,存在于周期金属结构附近,并且产生的磁模式具有角向独立特性,可以在弯折的路径上进行传输,有利于基于磁表面等离子体激元器件的有效集成。因此本文基于超薄金属螺旋结构进行人工磁局域表面激元电磁耦合特性和传输特性的研究,并对此结构进行了实验验证。本论文主要内容如下:1、研究了单个超薄金属螺旋结构的谐振特性,通过仿真发现本结构可以产生磁模式。当螺旋圈数为3的时候,结构的横向磁场强度是最大的,纵向磁场强度衰减相对较慢。2、分别研究了旋转、平移和对称二聚体间旋转角度变化时的电磁耦合特性。当旋转、平移和对称二聚体间的旋转角度分别发生变化时,仿真的传输频带范围是一致的,且谐振点基本相同、场图分布一致。进一步地,实验测试了旋转二聚体的谐振谱线和电场的近场分布,同时通过耦合理论对其进行分析,结果表明仿真、理论计算和实验测试的结果吻合很好,说明人工磁局域表面等离激元可以在旋转二聚体上进行传输。3、基于以上研究,设计了旋转S形、平移M形以及组合Y形链式结构。仿真发现,以上结构均有一个固定且相同的传输频带,观察场图分布,可以得出来在弯折的路径上,人工磁局域表面等离激元依旧可以进行传输的结论。进一步地,加工并测试了旋转S形链式结构,实验和仿真的传输曲线、场图分布结果均一致,证明了上述的结论。4、以上研究均为一维平面研究,接下来进行了双层结构的研究。首先对其单个结构单元进行传输特性研究,其次设计了双层U形链式结构。发现不同弯折角度,双层U形链式结构的传输特性是不变的,进一步表明人工磁局域表面等离激元可以在弯折的超薄金属螺旋结构上进行传输。