三維人工表面等離子體結(jié)構(gòu)及其FDTD分析的軟件實現(xiàn).pdf

1、近年來,表面等離子體(Surface Plasmons)因為可以突破光的衍射極限實現(xiàn)亞波長光學(xué)器件,從而引起眾多科學(xué)家的關(guān)注。通過設(shè)計金屬表面結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)人工表面等離子體,在遠紅外、太赫茲(THz)和微波段都有廣闊的應(yīng)用前景。本論文研究了分析人工表面等離子體結(jié)構(gòu)的有效方法,在此基礎(chǔ)上研究了人工表面等離子體的多種應(yīng)用。提出了多種基于三維金屬光柵結(jié)構(gòu)的人工表面等離子體分波器結(jié)構(gòu)和寬帶慢波系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點概括如下:
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2、)研究并擴展了直接譜域時域有限差分(DSFDTD)方法,可高效計算任意角度入射的周期結(jié)構(gòu)的散射問題:應(yīng)用DSFDTD方法分析了金屬光柵結(jié)構(gòu),以幫助設(shè)計各種分波器結(jié)構(gòu)和寬帶慢波系統(tǒng):將開發(fā)的FDTD方法集成和封裝,實現(xiàn)了功能完整的FDTD軟件,該軟件具備較強的網(wǎng)格剖分功能、FDTD并行計算功能和后處理功能。
　　 2)提出了一種用金屬線來激勵三維金屬光柵結(jié)構(gòu)人工表面等離子體的方法。研究并加工了三維雙向和多方向人工表面等離子體分波器

3、,詳細分析了這兩種分波器的設(shè)計原理,用金屬線作為激勵,實驗驗證了這兩種分波器的有效性,并將其擴展到THz波段進行了仿真驗證。
　　 3)設(shè)計并實現(xiàn)了一種彎曲的雙向人工表面等離子體分波器,該分波器由兩個三維梯形槽金屬光柵構(gòu)成。詳細分析了刻有不同形狀凹槽的三維金屬光柵上的電場分布和傳播規(guī)律,分別設(shè)計和加工了平直的和彎曲的基于三維梯形槽金屬光柵的分波器,并用金屬線激勵進行仿真和實驗驗證,證明了其有效性和可行性。
　　 4)提出

4、并加工了一種基于三維漸變會屬光柵結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng),并用金屬線作為激勵進行了實驗驗證。同時,通過仿真實驗驗證了該設(shè)計能夠有效擴展到THz波段。提出并加工了一種基于三維金屬/介質(zhì)/金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng),從理論上研究了金屬光柵間縫隙寬度對MIM結(jié)構(gòu)慢波系統(tǒng)的影響,并用金屬線作為激勵進行了實驗驗證。
　　 5)分別設(shè)計了平直和彎曲的基于三維漸變梯形槽金屬光柵的寬帶慢波系統(tǒng),并用金屬線激勵進行仿真和實驗驗證,證明了其有效性。