负介电常数材料与负磁导率材料双层共轭结构的共振隧穿

利用转移矩阵方法,研究了负介电常数材料和负磁导率材料组成的双层共轭结构的共振隧穿问题.结果表明,当具有色散的负介电常数材料和负磁导率材料排列在一起组成共轭结构时,在频率满足某个特定条件下,电磁场能量局域在界面上的模式将会演变为共振隧穿模,导致共振透射的发生,这种现象不随入射角和入射波的偏振状态而变化.同时得到了共振隧穿模的品质因子随材料厚度的增加而增加,材料含弱吸收时的结果相同。     

柔性C形开口谐振环的太赫兹异常透射研究

利用太赫兹时域光谱仪测试系统,研究了聚酰亚胺衬底上的C形开口环周期性结构在太赫兹波段的异常透射特性.结果发现,当入射太赫兹波的电场偏振方向垂直于金属开口时,变化的电场引起电感-电容(LC)共振,使其透射光谱呈现单峰特性;然而,当入射电场偏振方向平行于金属开口时,其透射光谱呈现出多峰性和周期性.通过对其电场能量分布和表面电流的分析发现,这种反常透射特性是由法布里-波罗腔效应和偶极子共振共同作用产生的.     

不对称纳米环/椭球二聚体的高阶表面等离激元共振特性

基于三维有限元法,研究了不对称纳米环/椭球二聚体的表面等离激元共振和局域场增强光学特性。结果可得可调的高阶表面等离激元共振,这样的高阶共振源于纳米环和纳米椭球之间的等离激元耦合。同时,在两个纳米结构耦合下,在纳米椭球上可以观察到环形电流,其产生了增强的局域电磁场。数值模拟结果表明,纳米环/椭球二聚体的偏心方向和偏心率对表面等离激元共振有着重要的影响。此结果在表面增强光谱学和生物传感方面都有着潜在的应用。     

一种新型的多层共振结构

我们提出一种新型的多层共振结构,即带尾巴的共振结构,它是由尾巴层和共振层两部分构成.这种共振结构能够在阻抗不匹配的介质间实现声波能量的有效耦合,这种功能是传统的单层共振结构不可能具备的.我们讨论了两类带尾巴的共振结构的特性和解释了产生这些特性的原因.在这种新型的共振结构中,一般而言尾巴层起振幅放大作用,而共振层起频率选择作用.     

无序和斐波那契序列的二进制波导阵列的安德森局域研究

为了研究相关性对电磁波的安德森局域现象的影响,该文根据无序序列构造了无序一维二进制波导阵列结构、根据斐波那契序列构造了准周期一维二进制波导阵列结构。利用分析转移矩阵方法分别计算了上述2种结构中横电模式的透过率、局域长度和电场的空间分布,并利用一维矩形微波波导进行了相关的实验。根据无序序列构造的无序二进制波导阵列结构的透射共振峰与周期性结构一一对应,位于带边的模式首先转为局域态;根据斐波那契序列构造的准周期二进制波导阵列结构的传输特性与组成阵列的具体单元结构无关,电磁场能量通过分布在空间中不同位置的局域态之间的耦合传输形成离散的传输态。     

复介电一维双周期光子晶体的透射谱结构及其特性

利用传输矩阵法研究一维双周期光子晶体的带隙结构、增益和衰减特性。结果表明:双周期一维二元和三元复合光子晶体的光子带隙结构具有宽禁带的特点,并且两带隙的交叠处出现了多个共振透射峰;当组成该光子晶体的一种介质为复介电且其虚部为负时,各共振透射模式都出现了不同程度的增益;随着复介电常量虚部的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点,但是各共振透射模式出现透射增益极值点的虚部不同,且最大增益的大小也不同;当组成该光子晶体的一种介质的复介电虚部为正时,各共振透射模式的透射峰出现衰减。     

Ag纳米孔阵列中的表面等离子体特性及其相关光学性能

Ag纳米孔阵列因为反常光学透射现象而在基础研究领域和应用研究领域受到广泛关注。目前有关金属孔阵列结构EOT现象的起因还没有得出一个完整清晰的物理机制,这是由于金属孔阵列中存在着复杂的表面等离子体特性。论文基于时域有限差分技术,采用FDTD Solutions软件对Ag纳米孔阵列的光学性能与孔的形状、孔阵列的周期以及薄膜厚度间的关系进行了仿真研究,并对光学现象背后的物理机制——Ag纳米孔阵列中的表面等离子体耦合特性进行了仿真分析。研究结果表明:局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合将会对Ag纳米孔阵列的光学性质产生重要的影响,其中孔形对局域表面等离子体共振和表面等离子体激元间的耦合影响巨大。Ag矩形纳米孔阵列展现出了有趣的光学行为:上、下表面金属表面等离子体激元间的反对称耦合模式,以及靠近矩形纳米孔两长边的局域表面等离子体共振间的反对称耦合模式分别被激发了。     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.     

金属亚波长小孔的光传输特性仿真模型

用三维全矢量有限元时域差分方法计算了亚波长单孔以及二维周期性孔阵列的超透射特性,分析了平面波光源通过金属圆孔点阵后,透射曲线随着点阵周期、孔径、金属薄膜厚度、介质材料和金属材料变化的规律,以及局域表面等离子体和表面等离子体共振对超透射现象的影响.证实了表面等离子共振对透射曲线中透射谷的位置起到决定性作用,而透射峰的位置除了受到介质、金属材料和点阵周期的影响之外,还会随着金属薄膜的厚度的减薄和亚波长圆孔孔径的增大出现红移.用聚焦粒子束刻蚀制备了金/氧化硅演示结构,实测与仿真结果具有较好的一致性.     

金属圆孔阵列的非共振增强透射

基于非共振原理的光异常透射现象(EOT)可以实现宽频带透射,对宽频带光收集与激发具有重要意义.为实现宽频透射,本文设计了亚波长金属圆孔阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明,金属圆孔阵列可实现宽频透射.此外,本文还研究了入射光偏振方向、圆孔半径以及横向周期对金属圆孔阵列透射特性的影响.这些结果对设计非共振宽频透射的金属孔洞结构具有一定的指导意义.     

一维周期准周期多势垒结构的透射特性

利用传输矩阵法研究一维周期和准周期势垒结构的透射系数。针对特定应用需求,假设势垒和势阱的厚度固定,一维周期以及准周期势垒结构模型简化为两种高度不同的势垒按周期以及准周期的序列构成任意多势垒结构。数值算例表明:周期和准周期势垒结构都有透射带隙和禁带的出现。准周期势垒相比周期势垒结构禁带宽度发生了展宽,而且在周期势垒不能透射的粒子在准周期势垒中产生高质量的共振隧穿。此外,准周期参数的选取对固定能量的粒子在一维准周期势垒结构中的透射特性有重要影响。     

双开口劈裂方环/方形环中磁法诺共振的调控

基于有限元法,从理论上研究了双开口劈裂方环/方形环纳米结构(double split ringsquare ring,DSR-SR)中的等离子体共振和局域电磁场增强等光学特性.由于方形内环的亮模式和双开口劈裂环的暗模式的相互干涉,在该结构中产生了磁法诺共振现象,通过改变该结构的几何参数,可以实现对共振峰位置和强度的有效调控.计算结果表明,该结构中的共振峰对周围介质折射率变化敏感,品质因子最高可达到25.3,并且各共振峰处的局域电场和局域磁场都有很大增强.基于该结构的这些性质,它可以应用于传感器、多光谱表面增强光谱学、低损耗的磁性等离激元的传播和其他基于磁性法诺的光学器件.     

椭球粒子对电磁波散射的系统辨识模型

利用球形粒子的Mie解逼近椭球粒子的内外透射场与散射场,首先建立了求解任意椭球粒子对电磁波散射的系统辨识模型,在毫米波段,数值计算了非球形雨滴的内外电磁场和微分散射截面.结果表明雨滴的前向散射场大于后向散射场,后向散射场无径向分量,较大的球粒子的Mie解对椭球粒子的内外场的贡献较大,椭球引起的交叉极化分辨率随观察点的变化而变化;讨论了进一步提高计算精度的方法.     

银纳米粒子的消光光谱与粒子形状的关系

先利用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)的方法,分别计算置于空气中的球形、不同长径比的椭球形和棒形银纳米粒子的消光光谱.计算结果表明:球形纳米粒子仅存在单个等离子体共振尖峰;而椭球状和棒状粒子则存在横向和纵向两个等离子体共振峰;并且横向峰的变化不甚明显,而纵向峰会随粒子长径比的增大而线性地红移.再结合Gans的解析理论,分析等离子体共振的机理,并研究纵向等离子体共振峰随着粒子长径比的增大而红移的现象.     

光子晶体势阱中的共振透射模

引入简单镜像对称的一维二元光子晶体结构模型,应用传输矩阵方法研究在该镜像对称的一维二元光子晶体结构模型两端加入高折射率介质时的光子带隙结构.结果表明,加入较高的折射率介质时,光子晶体原来的带隙结构中存在的窄的共振透射峰变宽,且随着势垒的不断增加,分裂的共振峰变得越来越细,中间的共振峰透过率一直保持在100%,而两侧的峰高则有所降低;当两端加入的介质折射率进一步提高,这时共振透射峰分裂为3个窄的共振透射峰,同时还在其他波长处出现多个窄的透射峰.这种带隙结构可以用来设计优异理想窄带滤波器.     

势垒边界对共振透射的影响

利用转移矩阵方法讨论势垒中粒子概率振荡峰的个数与入射能量、势垒宽度的关系及其势垒边界对共振透射的影响。计算结果表明边界只是改变了共振透射的位置,并没有改变振荡峰的个数与入射能量、有效势垒宽度的关系。     

Au纳米耦合结构表面等离激元的EELS分析

应用透射电子显微镜中电子能量损失谱仪(TEM-EELS),对电子束激发的单晶Au纳米线耦合结构及单晶/多晶纳米薄膜的表面等离激元(SPs)特征进行分析.结果表明:直径约为10 nm的两单晶Au纳米线平行耦合时,单根纳米线和耦合结构中均存在位于2.4 eV 的SPs共振,耦合结构中SPs的纵模数增加;单晶及多晶Au纳米薄膜在1.4 eV附近存在SPs模式,相较于单晶薄膜,多晶Au纳米薄膜的SPs共振峰位出现明显红移.     

多重双势垒结构中电子共振隧道效应的理论研究

研究了一维多重双势垒结构中电子共振隧穿效应，给出了透射系数和共振隧穿条件的解析表达式，数值计算并解释了随双势垒内外讲宽度差△ｄ变化的共振隧穿透射能谱，与对应的多重单势垒结构相比，这种多重双势垒结构显示出一些有趣的性质．     

偏振方向对H型金纳米结构光热性质影响的研究

采用离散偶极近似方法(DDA)计算了在不同偏振方向的入射光激励下,H型金纳米结构在水介质环境中的共振吸收光谱及近区电磁场分布;在此基础上,利用付里叶热传导定律数值模拟了该结构产生的热效应。结果表明:该金属纳米结构在近红外波段存在两个主要等离激元共振模式,在单一波长的共振光激励下,改变入射光的偏振方向可调节吸收峰值大小;同时,也可以有效地调节结构的近场电磁场耦合作用,在结构周围形成高度限定的局域热增强现象,在较大的温差范围内调控该结构及其周围介质环境的局域温度。     

内嵌凹槽对金属亚波长狭缝透射特性的影响

研究了在特定入射波长852nm下内嵌凹槽结构对金属亚波长透射特性的影响.结果表明,内嵌凹槽结构的金属狭缝呈现透射增强或减弱的现象主要取决于凹槽的几何参数和位置.在凹槽和狭缝处会激发出SPPs,激发出的SPPs与入射波相互作用.同时,狭缝和凹槽都会形成谐振腔.凹槽的几何参数和位置的变化会影响SPPs的相位和SPPs与入射光的耦合,且随着谐振腔中共振模式的改变,透射谱呈现出不同程度的增强或减弱现象.研究结果有助于提高亚波长金属结构的透射率,同时有助于进一步探索SPPs的作用机制和狭缝结构的透射增强机理.