表面等离子体MIM波导耦合谐振腔Fano共振传感特性研究

发布时间：2023-02-27 20:36

　　表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)是入射光与金属表面的自由电子相互作用而产生的一种集体震荡形式。当入射光与金属表面的自由电子两者频率一致时,电磁场能量能被很好地局域在金属表面,使得入射光与物质之间的相互作用增强。因此,利用这种特殊的光学性质,可为新型光学传感器的设计开辟一条新的道路。金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导是一种典型的表面等离子体波导,结合SPPs的特性可以实现光子在亚波长尺寸的操控。本文以表面等离子体MIM波导为传感结构,以Fano共振效应为传感基础,探究了从单边耦合谐振腔波导结构到双边耦合谐振腔波导结构,从单Fano共振效应到多重独立可调谐Fano共振效应。本文的主要内容包括以下几个方面:首先,从表面等离子体的基础理论入手,学习了其基本性质和理论研究方法。在此基础上,阐述了表面等离子体MIM波导耦合谐振腔机制和Fano共振原理,构建出含金属挡板的MIM波导耦合矩形谐振腔Fano共振传感结构。采用耦合模理论分析其结构的Fano共振形成过程,运用基于有限元法的COMSOL软件进行数值模拟仿...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 表面等离子概述
        1.2.1 表面等离子体的概念
        1.2.2 表面等离极化激元的激发方式
        1.2.3 表面等离极化激元的主要应用
    1.3 Fano共振原理
    1.4 表面等离子体技术的发展与国内外研究现状
        1.4.1 表面等离子体技术的发展
        1.4.2 国内外现状分析
    1.5 课题来源与论文主要工作
第2章 MIM波导基本理论知识与数值模拟分析方法
    2.1 金属的Drude模型
    2.2 金属-介质交界面处SPPs的基本性质
    2.3 MIM波导结构中SPPs的基本性质
    2.4 表面等离子的计算方法
    2.5 本章小结
第3章 表面等离子体MIM波导结构的Fano共振特性研究
    3.1 建模与理论分析
        3.1.1 理论建模
        3.1.2 理论分析
    3.2 耦合谐振腔对Fano共振的影响分析
    3.3 结构传感特性分析
        3.3.1 耦合谐振腔对传感特性的研究
        3.3.2 耦合间距g对结构传感特性的影响
    3.4 结构传感特性分析
    3.5 本章小结
第4章 含金属挡板的MIM波导耦合T型腔双重Fano共振传感特性研究
    4.1 理论建模与数学分析
        4.1.1 理论模型
        4.1.2 理论分析
    4.2 T型结构参数影响分析
    4.3 结构参数对传感特性的影响分析
        4.3.1 耦合间距g对传感性能的影响
        4.3.2 宽度l₁对传感性能的影响
        4.3.3 高度h₁对传感性能的影响
    4.4 结构传感特性分析
    4.5 本章小结
第5章 含双边耦合腔结构的多重独立可调谐Fano共振特性研究
    5.1 双边耦合结构理论模型
        5.1.1 三重Fano共振理论模型
        5.1.2 四重Fano共振理论模型
    5.2 双边耦合结构多重Fano共振形成及特性分析
        5.2.1 上T型腔结构参数对Fano共振峰的影响
        5.2.2 下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响
    5.3 双边耦合结构传感特性分析与应用
        5.3.1 结构传感特性分析
        5.3.2 多重Fano共振的应用
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介



本文编号：3751402