时域有限差分法亚波长狭缝透射增强表面等离子体激元硕士论文.doc

金属亚波长狭缝及凹槽衍射的表面等离子体激元研究【关键词】 时域有限差分法; 亚波长狭缝; 透射增强; 表面等离子体激元; 【英文关键词】 the finite difference time domain; sub-wavelength slit; extraordinary transmission; surface plasmons polaritions; 【中文摘要】 由于近场光学突破了光学分辨极限,理论上可以无限缩小光学最小分辨尺寸和最小标记尺寸,因此对于近场光学的研究成为目前光学研究的热点领域之一。近场光学研究距离物体表面波长量级范围内的光学现象,在近场范围内,光场包含了辐射场和倏逝波。倏逝波富含物体表面的亚波长结构信息,所以倏逝波是研究近场光学的核心内容。随离开物体表面距离的增加倏逝波迅速衰减,不能向远场传输。但如果用小于波长的小孔或颗粒靠近物体表面,可将倏逝波散射到远场,从而实现物体表面的精细结构信息的测量。表面等离子体激元实际上是被局域在金属表面的一种由光子与表面等离子体相互共振耦合而混合激发形成的电磁波,具有倏逝波的特征。 本文利用适用于理想导体和金属的二维时域有限差分法,编制了Fortran程序数值模拟了TM平面波经附加亚波长结构的狭缝时透射光场的光强分布及透过率的演化曲线。本论文首先讨论了改变附加在物体表面亚波长结构的形状和数量,对狭缝的透射光强分布的影响。然后研究了光经带有凹槽的狭缝时的异常透射现象,分析了凹槽结构的几何参数对透过率的影响。最后引入了Drude模型推导出适合Ag的时域有限差分迭代公式,并数值模拟了光经Ag亚波长结构的光强分布图和透过率. 【英文摘要】 At present, without the limitation of the conventional optical resolution, near-field optics has been become one of the hot issue researches. Near-field optics studies the optical phenomena within one wavelength near the surface. The light wave in near field contains the radiation field and the evanescent wave. Since the evanescent wave contains the information of the sub-wavelength structure surface, the measurement of subtle information can be obtained by the detection of the evanescent wave. The most sig.摘要 6-8 ABSTRACT 8-9 第一章 绪论 10-14 1.1 表面等离子体激元的基本理论 10-11 1.2 近场光学 11-12 1.3 亚波长结构透射特性研究的发展现状 12-13 1.4 论文的主要工作及内容安排 13-14 第二章 时域有限差分法 14-28 2.1 时域有限差分法的基本原理 14-20 2.1.1 Yee 氏算法 14-16 2.1.2 直角坐标系下的有限差分方程 16-20 2.2 完全匹配层吸收边界 20-26 2.2.1 吸收边界条件的必要性 20 2.2.2 完全匹配层介质中的波方程 20-22 2.2.3 完全匹配层的设置 22-23 2.2.4 完全匹配层的差分迭代方程 23-26 2.3 亚波长结构中的数值计算模型 26-28 第三章 亚波长狭缝结构的光强分布 28-34 3.1 引言 28 3.2 靠近物体表面亚波长结构的形状对透射光强的影响 28-30 3.3 靠近物体表面亚波长结构的数量对透射光强的影响 30-32 3.4 结论 32-34 第四章 亚波长狭缝与凹槽结构的透射特性 34-44 4.1 引言 34-35 4.2 凹槽个数对光透过率的影响 35-36 4.3 凹槽宽度对光透过率的影响 36-37 4.4 凹槽深度对光透过率的影响 37-38 4.5 凹槽间距离对光透过率的影响 38-39 4.6 凹槽形状对光透过率的影响 39-41 4.7 凹槽内能流的分布 41-43 4.8 结论 43-44 第五章 亚波长金属结构的异常透射 44-49 5.1 适用于金属 Ag 的时域有限差分法 4