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二维波导型超材料传感特性研究

二维波导型超材料传感特性研究

作者：牛文巍云南大学

学位级别：硕士

在过去的几年中,超材料已经从可调控独特电磁特性的范例迅速发展到制造功能器件的基础材料。超材料电磁器件的重要应用之一是超材料传感器,它能够突破传统传感器的灵敏度和分辨率极限。因此,超材料传感器可能会加速传感技术的革命。本... 详细信息

在过去的几年中,超材料已经从可调控独特电磁特性的范例迅速发展到制造功能器件的基础材料。超材料电磁器件的重要应用之一是超材料传感器,它能够突破传统传感器的灵敏度和分辨率极限。因此,超材料传感器可能会加速传感技术的革命。本文首先介绍了表面波的性质、二维波导模型的传感原理以及Kerr非线性的性质,研究了超材料层对波导模型的影响,揭示了超材料放大消逝波、提高传感器灵敏度的方法和规律。论文的主要内容包括以下三部分：第一部分,首先介绍了二维波导模型下表面波的性质,然后在三层线性平面波导的基础上,在半无限大的包层和导引层之间加了一层超材料,导出了TM模式下的超材料线性平面波导的色散方程和对应传感模型的灵敏度公式,研究了模型参数对其传感性能的影响。仿真结果表明,在导引层和超材料层的边界产生的消逝波可以激励超材料层和包层边界之间的表面波,且包层中的消逝波被超材料放大而不影响波导的传播常数。这种超材料线性平面波导传感模型的灵敏度较传统传感模型有显著提高,且TM模式下的灵敏度比TE模式下的高。第二部分,首先介绍了Kerr型非线性的性质,然后在三层非线性平面波导的基础上,在半无限大的非线性包层和导引层之间加了一层超材料,导出了TE和TM模式下超材料非线性平面波导的色散方程和对应传感模型的灵敏度公式,研究了模型参数对其传感性能的影响。仿真结果表明,在导引层和超材料层的边界产生的消逝波可以激励超材料层和非线性包层边界之间的表面波,且非线性包层中的消逝波被超材料显著放大。与传统传感模型相比,这种超材料非线性平面波导传感模型的灵敏度显著提高,且在特定的导引层厚度下,TM模式下的灵敏度比TE模式下的高,非线性下的灵敏度比线性的高,反对称模式下的灵敏度比对称模式下的高。第三部分,首先介绍了微谐振器和表面等离子体谐振器的传感机制,然后在圆柱介质波导表面涂盖一层超材料,导出了涂盖超材料层的圆柱介质波导的色散关系,计算和仿真了电场分布和相应回音壁模式(Whispering gallery mode,WGM)下的谐振频率,并用有限元方法计算了Q值。电场分布和谐振频率的解析分析和数值分析是一致的,证实了数值分析的有效性。仿真结果表明,在圆柱波导表面和超材料层的边界产生的消逝波可以激励超材料层和包层(吸附在超材料层表面的分析物或周围媒质)边界之间的表面波,且包层中的消逝波被超材料放大。在均匀和表面传感下,这种超材料微盘传感模型比传统微盘传感模型有更高的灵敏度。该传感模型的特定灵敏度可以通过调节超材料层厚度来设计,且Q值可以通过调节微盘与直波导之间的耦合距离来制定。

关键词：超材料传感模型消逝波表面等离子体谐振回音壁模式

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表面激元共振(SPR)传感器理论分析

仪表技术与传感器 2003年第11期 1-3页

作者：刘国华文可牛文成南开大学信息技术科学学院天津300071

在基于ATR方法的SPR传感器设计和制作的工作中,为了得到更加优化的性能,对其原理进行了较为深入的分析。从表面激元波和全反射消逝波的数学模型入手,得到了共振角的数学关系及几个结论,并以金膜为例进行了计算机仿真。

关键词：传感器表面激元共振表面激元波衰减全反射消逝波

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法国的应用光学技术

光电工程 1982年第2期 1-20页

作者：中国科学院赴法应用光学考察组

中国科学院应用光学考察组(五人)应法国科研中心邀请,于1981年3月11日到3月2日对法国作了为期两周的参观访问。在科研中心安排下,访问了六个城市中的九个研究所、室、台。它们是巴黎第十一大学的国家理论与应用光学研究所、巴黎第六大... 详细信息

中国科学院应用光学考察组(五人)应法国科研中心邀请,于1981年3月11日到3月2日对法国作了为期两周的参观访问。在科研中心安排下,访问了六个城市中的九个研究所、室、台。它们是巴黎第十一大学的国家理论与应用光学研究所、巴黎第六大学的光学研究室、马特拉(MATRA)公司的光学部、贝桑松柯姆(COMTE)大学的光学试验室、图鲁兹市

关键词：图象处理反射面消逝波计算机应用航空照片光学信息处理光学数据处理光学处理超高压电子显微镜散斑法国法兰西共和国

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利用超材料设计“完美”透镜

金属功能材料 2013年第5期20卷 57-58页

“完美”透镜是Pendry教授等人在2000年通过理论分析与推导提出一种全新的成像概念。由于左手材料（人工媒质）具有负折射率和消逝波放大特性，电磁波源发出的消逝波傅里叶分量由传统媒质进人人工媒质后不仅相位会得到纠正而且其幅度也... 详细信息

“完美”透镜是Pendry教授等人在2000年通过理论分析与推导提出一种全新的成像概念。由于左手材料（人工媒质）具有负折射率和消逝波放大特性，电磁波源发出的消逝波傅里叶分量由传统媒质进人人工媒质后不仅相位会得到纠正而且其幅度也会得到有效放大。这使得物体的信息在像点处得到完美恢复，突破了衍射极限对传统透镜分辨率的限制，

关键词：透镜超材料设计放大特性负折射率左手材料衍射极限消逝波

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一种新颖的广角束传播法研究

一种新颖的广角束传播法研究

全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议

作者：吴胜保肖金标东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心

利用Denman–Beavers构造了一种新的广角光束传播法.采用坐标旋转到复平面的技术解决了传统光束传播法中消逝波错误传输的问题,使得算法的稳定性和收敛性得到极大的改善.典型数值测试结果表明本方法精度高,计算速度合理,并且收敛速度远... 详细信息

利用Denman–Beavers构造了一种新的广角光束传播法.采用坐标旋转到复平面的技术解决了传统光束传播法中消逝波错误传输的问题,使得算法的稳定性和收敛性得到极大的改善.典型数值测试结果表明本方法精度高,计算速度合理,并且收敛速度远高于广泛应用的Padé型广角光束传播法.

关键词：光束传播法广角 Denman–Beavers迭代消逝波

来源： cnki会议评论

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表面等离子体共振及其在传感技术中的应用

湖南理工学院学报（自然科学版） 2019年第2期32卷 53-57页

作者：杜健嵘杜有刚田芃田芳湖南理工学院物理与电子科学学院

从金属等离子体振荡概念,表面等离子体波及其特征,表面等离子体共振的光激发—衰减全反射三方面浅析了SPR 技术的物理机制及激励方法;并探讨了SPR 传感器的技术应用.

关键词：表面等离子体共振消逝波衰减全反射传感器

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物理光学光的吸收、透射与散射

中国光学(中英文) 2006年第1期 8-8页

作者：杨妹清

O436.22006010052消逝场增益耦合微型球腔的光散射理论研究=Calculationof gain coupling of evanescent field in spherical micro-cavi-ty with the method of light scattering[刊,中]/王亚丽(云南大学物理系.云南,昆明(650091)),陈天江…∥云南大学学报(自然科学版).—2005,27(6).—504-508采用米氏光散射理论,计算了微型球腔中口哨廊模(WGMs)的场强分布。对球腔浸入不同折射率的液体介质后的场强分布,WGMs的消逝场模体积占总场模体积的比值(η值),W

关键词：光散射理论增益耦合消逝场消逝波