三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列的宽频透射

基于非共振原理的异常光学透射(Extraordinary Optical Transmission,EOT)现象可以实现宽频带透射,对宽频带光子器件的设计具有重要意义.金属狭缝纳米结构由于结构简单、易于集成、耦合效率高,常在纳米结构器件中用于构建光源.但金属亚波长狭缝结构一直存在透射率低的问题.为实现金属狭缝的宽频带高透射率,本文设计了三明治型多层膜楔形金属狭缝阵列,并应用有限元方法研究了该结构的透射特性.结果表明:与单层膜楔形金属狭缝阵列相比,多层膜楔形金属狭缝阵列在透射光谱中可产生多个透射峰,并且在红外波段可实现增强透射和宽频带透射;由于楔形狭缝从入射口到出射口逐渐变细的结构特点,狭缝从入口到出口阻抗逐渐变化,在介质层内及狭缝出口可实现局域电场增强.此外,本文还研究了楔形狭缝入口宽度、介质层厚度、介质层位置、金属薄膜总厚度及狭缝周期等对多层膜楔形金属狭缝阵列透射特性的影响.研究结果将对设计具有宽频带透射的多层膜结构及在纳米光源设计、集成光路研究、光电子电路应用方面有一定的指导意义.     

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.     

金属银膜复合亚波长矩形孔阵列的增强透射

金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构的宽频带高透射率,本文设计了一种复合矩形孔洞式金属微纳结构,并应用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了该结构的透射特性.结果表明,与单孔洞阵列相比,该复合孔洞式结构具有光场增强及可调节性等诸多优势,且在透射光谱中可产生多个透射峰.矩形孔洞长度与宽度是影响光透射的主要因素:随着矩形孔洞宽度b的增大,该结构的最大透射率由中心波长526 nm对应的79.7%增大到中心波长为611 nm时对应的88.3%,透射带宽与透射率均有所提高;而矩形孔长度a的变化则会产生奇特的多峰值现象,透射率最高达到93%,透射峰的半高宽最大为354 nm.此外,本文还讨论了中心方孔的边长对该结构阵列透射特性的影响.该研究结果对增强光学透射理论研究的进展以及在新型光学传感器、滤波器、光学透明电极等领域的应用发展有一定的指导意义及应用价值.     

多层膜金属狭缝阵列的光学异常透射特性

本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义.     

银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进

基于常规的有限元时域差分法(FDTD)对银膜亚波长圆孔阵列的光透射增强现象的模拟,与实验结果的差异较大,限制了FDTD在圆孔阵列超透射现象上的应用.采用三维全矢量FDTD,改进模拟结构,适当地选取和设置边界参数后,消除了空气-介质界面的影响并大大改善了透射峰峰形,使得FDTD能清晰地反映出相关界面对光传输的作用,有利于对超透射现象进行更详尽的研究,从而指导并应用于光开关元件、滤波器等的设计和开发.对银膜亚波长圆孔阵列仿真模型的改进,有助于对超透射现象的本质研究,使建模简单、运算速度较快的FDTD方法获得更广泛的应用.此外,对周期边界参数的讨论为深入研究斜入射情况下的超透射现象提供了理论支持.     

Kerr非线性效应对通过金膜狭缝阵列透射特性的影响

基于严格的有限时域差分方法, 研究了填入非线性Kerr介质的金膜狭缝阵列的增强透射特性. 结果表明： 在所研究的波长范围内出现的共振透射峰是表面等离子体共振和局域波导共振共同作用的结果. 详细分析了金膜狭缝阵列中填充的非线性介质的厚度、三阶磁导率、线性折射率以及入射光强对透射特性的影响. 发现填充在金膜狭缝阵列中的非线性介质的厚度、三阶磁导率、线性折射率和入射光强度等参数的微小变化就能导致透射共振峰的峰值和峰中心波长的明显改变. 这些研究结果或许有助于设计精确光开关等光子器件.     

含单负特异材料阵列结构的透射特性

利用共振隧穿机制,对三层结构阵列的透射特性进行了研究。在特定条件下,由一层单负特异材料和两层介质组成的三层结构可实现隧穿。为了进一步改善透射性质,将三层结构作为基本单元,与空气层排列成周期型阵列结构。研究结果表明,三层结构在周期型阵列结构中所占比例对透射率有很大的影响,并且发现周期型阵列结构与三层结构相比透射率显著提高。     

介质阵列加载的表面等离子共振传感器基底研究

单个介质纳米颗粒的散射效应表明介质散射共振和金属局域表面等离子共振具有类似的局域电场增强特性,但却避免了金属的强光吸收损耗。利用这种共振效应,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构。数值模拟显示,通过调控基底结构参数,与金属银阵列相比,介质硅阵列的共振耦合效应更强,近场增强更明显,对应的反射谱共振谷曲线也更加尖锐。相同环境下的传感性能指标计算表明,介质硅阵列基底具有更好的灵敏度和品质因子,因此基于散射共振的介质阵列加载基底结构是提高表面等离子共振传感灵敏度的一种有效方法。     

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.     

孔阵形状对周期孔阵金属薄膜透过率的影响

采用高频结构仿真软件对中红外波段周期结构金属薄膜的光透射增强现象进行了数值模拟.通过对圆形、椭圆、正方形以及长方形4种不同孔阵金属薄膜的仿真得出,金属微孔的几何形状对透过率增强有着重要的影响.当椭圆或长方形金属孔阵长短径比例增加时,透射峰随着比例的增大红移;比较4种金属薄膜的透射峰移动情况发现,长方形和椭圆的形状效应较为明显.上述结果显示局域模式在透射增强现象中起了重要的作用.此外,我们还对长方形和椭圆孔阵列在不同偏振光入射下的光透射性质进行了模拟.     

Microscopic theory of the extraordinary optical transmission

The phenomenon of extraordinary light transmission through metallic films perforated by nanohole arrays at optical frequencies was first observed a decade ago and initiated important further experimental and theoretical work. In view of potential applications of such structures--for example, subwavelength optics, optoelectronics devices, and chemical sensing--it is important to understand the underlying physical processes in detail. Here we derive a microscopic theory of the transmission through subwavelength hole arrays, by considering the elementary processes associated with scattering of surface-plasmon-polariton (SPP) modes by individual one-dimensional chains of subwavelength holes. Using a SPP coupled-mode model that coherently gathers these elementary processes, we derive analytical expressions for all the transmission spectrum characteristics--such as the resonance wavelength, the peak transmission and the anti-resonance. Further comparisons of the model predictions with fully vectorial computational results allow us quantitatively to check the model accuracy and to discuss the respective impacts of SPP modes and of other electromagnetic fields on producing the extraordinary transmission of light. The model greatly expands our understanding of the phenomenon and may affect further engineering of nanoplasmonic devices.     

Transmission resonances through aperiodic arrays of subwavelength apertures

Resonantly enhanced light transmission through periodic subwavelength aperture arrays perforated in metallic films has generated significant interest because of potential applications in near-field microscopy, photolithography, displays, and thermal emission. The enhanced transmission was originally explained by a mechanism where surface plasmon polaritons (collective electronic excitations in the metal surface) mediate light transmission through the grating. In this picture, structural periodicity is perceived to be crucial in forming the transmission resonances. Here we demonstrate experimentally that, in contrast to the conventional view, sharp transmission resonances can be obtained from aperiodic aperture arrays. Terahertz transmission resonances are observed from several arrays in metallic films that exhibit unusual local n-fold rotational symmetries, where n = 10, 12, 18, 40 and 120. This is accomplished by using quasicrystals with long-range order, as well as a new type of 'quasicrystal approximates' in which the long-range order is somewhat relaxed. We find that strong transmission resonances also form in these aperiodic structures, at frequencies that closely match the discrete Fourier transform vectors in the aperture array structure factor. The shape of these resonances arises from Fano interference of the discrete resonances and the non-resonant transmission band continuum related to the individual holes. Our approach expands potential design parameters for aperture arrays that are aperiodic but contain discrete Fourier transform vectors, and opens new avenues for optoelectronic devices.     

Thermal detection of surface plasmons on gold nanohole arrays

We used a thin-film thermocouple to detect the thermal effect of surface plasmons excited in Au nanohole array structures.We found that the thermal electromotive force of Au film with periodic nanohole structures is three times greater than that of a bare Au film for 785-nm laser excitation at a given power.This effect is caused by the resonant excitation of localized surface plas- mons in the nanoholes.In addition,we found that the thermal electromotive force(EMF)of the Au film with dumbbell-like na- nohole arrays depends strongly on the incident polarization.The thermal EMF is the greatest when the excitation light is polarized perpendicular to the long axis of the dumbbell.     

两节宽带阻抗变换器的优化设计

阐述了两节传输线构成的宽带阻抗变换器的设计方法,该传输线阻抗变换器能在任意两个频率点之间对任意的纯电阻负载实现宽带阻抗匹配。在理想条件下,可以对满足该阻抗变换器的方程组进行解析,从而得到所需的设计参数。如果利用Ansoft Designer优化设计阻抗变换器,则得到一个宽频带的阻抗变换器。仿真结果显示了该设计方法的正确性。     

基于衰落信道传输的OFDM信号的信道估计

下一代移动无线通信系统的目标是实现无所不在的、高质量的、高速率的移动多媒体传输.但是为了实现这一目标,面临许多技术挑战.例如,移动无线通信信道面临的是十分恶劣的衰落特性,无线信道通常具有频率选择性而且是时变的,而且多径衰落信道其信道转移函数无论在时域还是频域都呈现出非均匀性.因此要在这样的传播条件下保持可以接受的传输质量,就必须采用各种技术措施来抵消衰落的不利影响.本文简要介绍了在衰落信道中传输OFDM信号的信道估计方法和算法,以及进行的仿真,通过仿真得出基于块插入型的有无反馈器的BER特性和基于梳插入型的低通滤波的BER特性.     

OFDM系统下基于MBER准则的自适应波束形成器

宽带无线通信系统采用正交频分复用(OFDM)调制和智能天线技术来克服限制系统容量的符号间干扰(ISI)和同信道干扰(CCI).在OFDM调制技术下,针对数字通信系统传输中最主要的性能参数之一误比特率(BER),研究了基于最小误比特率(MBER)准则的自适应波束形成器.与现有的基于最小均方误差(MMSE)准则的波束形成器相比,MBER自适应波束形成器直接最小化OFDM系统的BER,保证了信号传输的有效性,提高了系统性能.仿真实验表明,基于MBER准则的自适应波束形成器比基于MMSE准则的波束形成器能更好地接收期望用户的信号,系统的BER更低.     

基于3G的机车实时数据传输系统的设计

为了改善基于GSM/GPRS的机车实时数据传输存在的信道宽带小、传输速率低、网络延迟和误码率高等不足,本文基于专门的3G传输装置,提出了一种具有机车状态数据接收、分析和评判等功能模块,并采用3G无线通讯技术将数据实时发送至地面服务器的系统方案,并设计了一种降低实时数据误码率的算法,实现了机车实时数据的高效传输.系统用户通过B/S模式访问该服务器数据,实现了对在途机车的实时监视和协同控制,为机车的安全运行提供保障.     

最少波长数算法实现波分复用的时域复杂度改进及对比研究

优化降低波长转换次数成为光纤传输当前的研究热点,为了进一步改进波分复用技术的传播速度,做了以下工作:提出了计算源节点与各目标节点之间的最短路,以获得所要的组播树;应用波长图的设计、MPH算法实现最小成本树,完成了这次改进算法的设计;理论上分析了最少波长数的实现、波长和路由分配,验证了算法的合理性。从建立的仿真模型结果表明:算法在计算最少波长转换次数、位置确定方面具有明显的优势;达到了WDM网络的成本降低,网速提高的目的。通过与传统的Dijkstra与Floyd算法对比设计的算法在时间复杂度、空间复杂度以及结合性方面有着一定提升。这一研究对于WDM网络传输的改进具有明显的意义。     

一种均匀圆阵DOA估计算法及衰落信道中性能仿真

作为第三代移动通信系统中普遍采用的关键技术之一 ,智能天线可以有效的提高移动通信系统的容量 ,克服共信道干扰等日益严重的问题。由于第三代移动通信的基站系统普遍采用的是圆形阵列的接收天线 ,所以本文从实际需要出发 ,给出了相应的基于 ESPRIT的 DOA估计和波束赋形算法并根据该算法在衰落信道模型中的性能仿真结果对其进行了详细分析     

圆形阵列与线性阵列方向图的比较与分析

对圆形阵列与线性阵列的方向图特性进行了分析比较,简要指出了圆形阵列副瓣电平较高的主要原因,并利用有向阵元对圆形阵列方向图进行综合,使圆形阵列副瓣电平较高的特性得到改善。