人工表面等离激元(SSPPs)是电磁波与亚波长周期性凹槽或者孔金属表面相互耦合共振形成的特殊电磁波模式,它可以实现对较低频段的电磁波进行局域场束缚和传播.正是由于其独特的物理特性,近些年来引起了国内外众多研究人员的关注.因此,本文基于超薄金属螺旋单元设计了SSPPs链式结构,并对其磁偶极子模式的传播特性进行了理论研究和实验验证.主要的研究内容如下:
　　1、首先分析了超薄金属螺旋单元结构的磁偶极子模式.然后利用五个超薄金属螺旋单元结构周期性排列设计出了链式结构,并对其进行了仿真研究.研究结果表明,基于超薄金属螺旋单元的链式结构支持磁偶极子模式的人工表面等离激元传输,并且当传输频率从小变大时相邻螺旋单元相位差则从π减小为 0.通过仿真研究还发现,人工表面等离激元还可以通过不相连的链式结构进行传播.
　　2、研究了基于五个超薄金属螺旋单元相连组成的链式结构的结构参数,分别对其螺旋臂宽度、中心圆半径以及基板厚度进行了参数扫描.结果表明,这些参数都会对基于相连的螺旋单元组成的链式结构的色散特性产生不同程度的影响,为基于亚波长表面等离激元的器件和设备提供设计依据.
　　3、提出了一种90°弯曲的链式结构,该结构是由超薄金属螺旋单元通过周期性排列而构成.利用仿真软件对由五个螺旋单元相连构成的 90°弯曲的链式结构进行了仿真计算,通过分析其传输曲线、色散特性以及场分布证明了该结构可以实现人工表面等离激元磁偶极子模式的传输.并进一步研究了由五个不相连的螺旋单元组成的90°弯曲链式结构,结果表明不相连的螺旋单元组成的链式结构也具有类似的传输特性.把五个不相连的螺旋单元扩展为九个,重新组成一个更大尺度的 90°弯曲链式结构,经过进一步研究发现,该结构仍然可以对人工表面等离激元进行良好的传输.
　　4、提出了基于螺旋单元组成的大角度弯曲的链式结构.首先研究了基于螺旋单元的"Z"形弯曲结构,该结构是经过两处135°的弯曲组成"Z"形的链式结构.通过仿真和结果分析,证明了基于不相连螺旋单元的"Z"形弯曲结构可以实现对人工表面等离激元的传输.结合了相连和不相连的螺旋单元组成的结构特点和传输特性,设计出了 "连"和"断"结合的135°弯曲结构.进一步验证了基于螺旋单元的链式结构可以实现对人工表面等离激元磁偶极子模式的大角度弯曲传输.
　　5、根据前文所设计的链式结构模型,制作了实验样品,并利用近场扫描成像设备对制作的样品进行了实验测试.通过实验验证了链式结构的传输特性.