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基于表面等离激元的传输特性研究

基于表面等离激元的传输特性研究

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作者：史聪聪桂林电子科技大学

学位级别：硕士

表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）是一种沿着金属-介质分界面传播的电磁波。本文通过对金属电磁学中SPP的研究,分析了其传播特性和现象,并设计了 SPP传输器件,主要内容如下:（1）设计了一种基于磷烯SPP的增强光透射... 详细信息

表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）是一种沿着金属-介质分界面传播的电磁波。本文通过对金属电磁学中SPP的研究,分析了其传播特性和现象,并设计了 SPP传输器件,主要内容如下:（1）设计了一种基于磷烯SPP的增强光透射的亚波长结构。首先研究了单层磷烯的电导率及其支持的SPP的特性,基于此提出了一种类三明治结构,上层为金纳米光栅,中间是磷烯薄膜,底部是硅基底。金纳米光栅辅助激发磷烯SPP,通过详细的实验设计和分析,深入研究了磷烯SPP增强光透射的机理,并分析了该结构的透射光谱和稳态电场,结果证明磷烯SPP的传播能够耦合更多的光,实现了宽频光增强透射。（2）提出了一种基于狄拉克半金属（Bulk-Dirac-Semimetal,BDS）的混合等离子体波导。首先研究了 BDS的电磁特性,根据模式求解理论得到BDS薄膜支持的SPP模式,然而BDS SPP的辐射损耗较大,不能有效地局限在分界面。通过设计一种太赫兹频率的基于BDS的混合等离子体波导,实现了 BDS SPP模式与介质波导模式的有效耦合,减小了 BDS SPP的辐射损耗。与传统结构的混合等离子体波导相比,该波导模式面积更小、传播长度更长。通过调整结构参数和BDS费米能级,该波导在3 THz的工作频率下,最小模式面积为2μm2,最大传播长度为～105μm。（3）基于人工表面等离极化激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）理论,设计了一款带阻滤波器。该滤波器由共面波导（Coplanar Waveguide,CPW）与SSPP传输线组合而成,通过在SSPP传输线中引入缺陷单元与CPW耦合形成阻带,并且通过控制缺陷单元的长度可以灵活地调节阻带的频率。模拟结果表明:阻带的频率范围为6.5～7.3 GHz,阻带带宽为0.8 GHz,品质因数Q=8.6。通带插损小于3 dB,通带反射基本小于-10 dB,阻带抑制小于-23 dB。

关键词：表面等离极化激元人工表面等离极化激元奇异光传输混合等离子体波导带阻滤波器

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