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用边界元方法研究亚波长金属光栅的光学特性

作　者: 孙芳
导　师: 刘娟
学　校: 北京交通大学
专　业: 光通信与移动通信
关键词: 亚波长金属缝隙金属光栅超强透射
分类号: TG113.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

自从光波透过金属薄膜上的亚波长孔径阵列时会产生超强透射现象被报道以来,具有亚波长金属光栅结构的光学现象和器件吸引了科学家们越来越多的关注。然而产生这种超强透射现象的物理本质在科学界依然存在着争议。为了揭示产生超强透射现象的本质,科学家们首先从缝隙结构进行研究,因为这种结构是孔径结构中最简单也最为典型的结构。另一方面,2003年Ebbesen小组又指出超强透射特性与金属薄膜的几何结构参数有关,而金属薄膜的几何参数为什么会对超强透射特性产生影响将是一个很有意义的课题。本论文基于严格的电磁场理论,从最简单的单缝结构出发,研究了不同的金属单缝结构对超强透射的影响。并进而研究了在组成单缝的金属薄膜上具有浮雕结构的光栅对超强透射的影响即对亚波长金属光栅的光学特性的研究。主要研究有:[1]针对边界积分(BIM)方法速度快、精度低,而二次边界插值(BEM)方法精度高、速度慢的优缺点,将二者优点相结合,得到了优化边界积分方法(RBIM),应用该方法可得到高精度、高速度的数值模拟结果。[2]研究了无限结构的亚波长金属缝隙的对称性对透射特性的影响。研究发现无论缝的几何结构如何,在480～750nm的波长范围内存在两个透射峰,但缝的形状对透射率的影响不同,对称和反对称正弦形曲线缝透射率是矩形缝的两倍。[3]研究了亚波长金属光栅的光学特性。考查了不同周期及不同对称性几何结构的光栅的光学特性。详细讨论了周期光栅和非周期光栅及对称和不对称结构光栅的透射特性。此研究暗示了在亚波长金属结构中采用等效折射率方法的不可行性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-15
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 面临的机遇与挑战  12-13
  1.3 本论文的目的  13-14
  1.4 本论文的主要内容  14-15
2 边界元方法及边界积分方法的优缺点比较及优化  15-31
  2.1 电磁场理论概述  15-16
  2.2 电磁场理论公式的推导  16-19
  2.3 边界积分方法的推导  19-24
  2.4 边界元二次插值方法的推导  24-26
  2.5 边界元二次插值方法与边界积分方法优缺点比较及优化  26-30
  2.6 小结  30-31
3 对称结构与反对称结构亚波长金属缝隙的透射特性  31-37
  3.1 引言  31
  3.2 基本公式  31-33
  3.3 正弦对称缝与反对称缝的透射特性  33-35
  3.4 数值分析  35-36
  3.5 小结  36-37
4 具有不同表面浮雕结构的亚波长金属光栅缝隙的透射特性  37-51
  4.1 引言  37-38
  4.2 结构模型和基本公式  38-39
  4.3 光栅对称性与周期性对透射特性的影响  39-44
    4.3.1 上下不对称等周期刻蚀光栅透射特性分析  40-42
    4.3.2 具有不同对称性的非等周期刻蚀光栅结构透射特性分析  42-44
  4.4 不同角度入射时亚波长结构金属光栅的透射特性  44-45
  4.5 等周期光栅色散关系研究  45-49
  4.6 数值结果分析  49-50
  4.7 小结  50-51
5 结论与展望  51-53
  5.1 总结  51-52
  5.2 未来工作展望  52-53
参考文献  53-56
作者简历  56-58
学位论文数据集  58

用边界元方法研究亚波长金属光栅的光学特性

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