周期性結(jié)構(gòu)中負(fù)折射和人造等離子體的研究.pdf

1、以光子晶體為代表的周期性結(jié)構(gòu)是一種介質(zhì)或金屬周期排列構(gòu)成的新型復(fù)合材料，它為操縱、控制光及電磁波提供了新的途徑。由于其獨(dú)特的性能和潛在的巨大應(yīng)用前景，近十幾年來，光子晶體已成為一個(gè)發(fā)展迅速的科學(xué)研究新領(lǐng)域。本論文著重研究基于周期性結(jié)構(gòu)中色散特性的兩種特殊現(xiàn)象：負(fù)折射現(xiàn)象和人造表面等離子體波，同時(shí)應(yīng)用這兩種特殊物理現(xiàn)象設(shè)計(jì)新的器件。 第一章，我們首先引入光子晶體的概念，然后以時(shí)間為線索重點(diǎn)介紹了光子晶體色散方面的研究狀況，主要包括

2、負(fù)折射現(xiàn)象和人造表面等離子體波。其中負(fù)折射光子晶體又分為等效負(fù)折射率光子晶體和全角度負(fù)折射光子晶體。 由于等效負(fù)折射率光子晶體不能完全等效于負(fù)折射率介質(zhì)，特別是斷面的切割和界面方向?qū)ν干渎视泻艽蟮挠绊懀诙?、三章主要是?duì)等效負(fù)折射率光子晶體的等效性進(jìn)行分析。 第二章，我們分析斷面切割對(duì)負(fù)折射光子晶體平板成像的影響。通過計(jì)算不同切割情況下傳遞函數(shù)的變化，我們討論了這種影響。并且通過討論表面波模的能帶結(jié)構(gòu)，我們對(duì)這種影響進(jìn)行

3、了物理解釋，從中可以看到表面波模對(duì)提高成像質(zhì)量的作用。 第三章，我們運(yùn)用layer—KKR方法計(jì)算得到平面波與半無限負(fù)折射光子晶體中Bloch波的耦合效率，從而可以將介質(zhì)．等效負(fù)折射率光子晶體的透射率與介質(zhì)-負(fù)折射率介質(zhì)的透射率進(jìn)行系統(tǒng)的比較。同時(shí)，我們?cè)敿?xì)討論了界面方向和模式對(duì)稱性對(duì)耦合效率的影響。 第四章，我們研究了全角度負(fù)折射光子晶體的聚焦特性。通過改進(jìn)的layer-KKR方法，我們計(jì)算得到光子晶體點(diǎn)源成像的透射譜

4、和像場(chǎng)分布。通過分析全角度負(fù)折射光子晶體成像中透射場(chǎng)的強(qiáng)度譜和相位譜，我們討論了全角度負(fù)折射光子晶體成像聚焦的機(jī)理，并解釋了其中的一些特殊現(xiàn)象。 通過第二，三章對(duì)等效負(fù)折射率光子晶體的深入研究，我們發(fā)現(xiàn)Notomi所提出的開放諧振腔結(jié)構(gòu)對(duì)等效負(fù)折射率光子晶體是不可行的。在第五章中，我們給出了我們所設(shè)計(jì)開放諧振腔結(jié)構(gòu)，討論了斷面切割對(duì)開口諧振腔品質(zhì)因素的影響，提出了開口諧振腔在生物傳感器方面的應(yīng)用。 第六章，我們通過高折射

5、率介質(zhì)的空間調(diào)制，得到了人造表面等離子體結(jié)構(gòu)中全角度負(fù)折射所需的色散關(guān)系，實(shí)現(xiàn)表面波的負(fù)折射現(xiàn)象。并且我們還數(shù)值模擬了平板透鏡的次波長(zhǎng)成像。 第七章，我們應(yīng)用人造表面等離子體與光波段中的表面等離子體的相似性，類比研究了理想金屬和實(shí)際金薄膜情況下的“異常透射”。通過研究理想金屬薄膜的情況下周期性小孔結(jié)構(gòu)的能帶關(guān)系，我們討論兩種不同的共振模對(duì)異常透射的影響，從而給出了“形狀影響”的物理解釋。 第八章，我們利用人造表面等離子體