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随着人们对表面电磁波(即表面等离子体)研究的不断深入,表面等离子体科学和技术在工业、农业、生命科学和空间技术中得到了广泛的应用和发展。表面等离子体激元的一个重要特性就是,它能与满足一定耦合条件的电磁波发生耦合,使电磁波能量转化为表面等离子体激元的能量;因此表面等离子体激元可以融入一系列电磁波现象的研究中。除此之外,表面等离子体激元在亚波长光学、表面等离子体纳米刻蚀技术、表面等离子体新型光源等领域均有重要的应用。光子晶体在上世纪九十年代才提出,目前,光子晶体表面等离子体的研究在国际和国内还很少。本文将以电磁波理论为基础,推导光子晶体界面处表面模的基本关系式,研究光子晶体表面等离子体的产生机理。
主要研究内容如下:
1.利用传输矩阵方法编程计算模拟一维光子晶体(ABA)n模型和镜像对称一维光子晶体(ABA)n(CDC)m模型的色散关系、能带结构,并对该模型所产生的表面模进行分析。改变光子晶体中组成材料的介质常数时,发现介质常数相差越大,禁带就越宽,出现共振峰的条数变化也很大。通过在光子晶体中引入负介电常数材料,看到了区域块状类似于椭圆型的奇异的色散曲线。
2.计算模拟五层对称结构一维光子晶体(ABABA)n模型的色散关系、能带结构,并对该模型所产生的表面模及其影响因素进行分析。发现共振吸收峰的峰值变化比较平缓,说明三层结构比五层结构有更高的灵敏度。计算模拟含缺陷的五层对称结构一维光子晶体(ABCBA)n模型的色散关系、能带结构。对于引入缺陷层的情况,可以看到在色散关系图中出现了杂质带。当引入负介电常数时,研究发现共振吸收峰变得尖锐。
通过本论文的研究,对由不同介质材料构成的三层和五层对称型一维光子晶体结构的表面模规律有了比较深入的理解,并对光子晶体理论研究设计和实际应用具有重要的指导意义。通过在三层和五层对称型一维光子晶体结构中加入负折射材料,发现了一些奇特的现象,对实验研究起到了理论指导作用。