基于金属或介质薄膜上周期结构的太赫兹波的传输

论文摘要

本文研究了基于金属或介质薄膜的周期结构上太赫兹波的传播。由于上下表面间电磁场的相互耦合,刻有一维槽的金属薄膜上的人工表面等离子体激元(SPPs)表现出新奇的性质。这种结构支持一系列人工SPP模式,且这些模式都可以单模传输。当金属薄膜上下基底介质相同时,它所支持的人工SPPs根据磁场分布的不同可以分为对称模和反对称模两类,前者的磁场幅度绝对值在槽的中间部位具有局部最大值,而后者则具有局部最小值。通过在槽内填充硅,并使硅的厚度大于金属薄膜的厚度,可以有效增加人工SPPs的传输距离。这种方法可以在保持亚波长约束的情况下实现长距离传输,其中反对称模具有更加优良的传输特性。通过限制槽的横向宽度可以使人工SPPs在横向上也实现亚波长约束,并且可以同时获得长距离传输。通过优化槽的横向宽度可以获得最佳的约束性能。利用这种结构可以设计亚波长表面波导,并且实现具有极低弯曲损耗的弯曲波导。另外,周期介质波导支持反向波的传输,其功率流和相速度方向相反。通过传统波导和周期介质波导间的耦合可以实现方向选择性耦合器,根据工作频率的不同其耦合方向也不相同。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光滑金属表面的表面等离子体
• 1.2 人工表面与人工表面等离子体
• 1.3 常见人工金属表面结构
• 1.4 人工SPPs的损耗
• 1.5 理论与数值计算方法
• 1.5.1 模式展开法
• 1.5.2 数值仿真方法
• 1.5.3 损耗计算
• 2 课题提出
• 3 刻有一维周期槽阵列的金属薄膜上的人工SPPs
• 3.1 理论计算方法
• 3.2 单模近似
• 3.3 对称结构上的人工SPP模
• 3.4 非对称结构上的人工SPPs
• 4 金属薄膜周期结构上具有高约束的长程人工SPPs
• 4.1 数值计算方法
• 4.2 槽内未填充硅的金属薄膜结构
• 4.3 槽内填充硅的长程SPPs结构
• 4.4 具有聚乙烯包层的金属薄膜结构
• 5 金属薄膜表面具有横向约束的周期通孔阵列
• 5.1 物理模型与计算方法
• 5.2 人工SPPs的色散关系
• 5.3 人工SPPs的约束情况
• 5.4 人工SPPs的模场分布
• 5.5 反对称模人工SPPs的传播特性
• 5.6 对称模人工SPPs的传播特性
• 5.7 人工SPPs弯曲波导
• 6 一维周期介质波导上的反向波传播
• 6.1 物理模型与数值方法
• 6.2 周期介质波导上的反向模
• 6.3 反向模的模场分布
• 6.4 周期介质波导与传统介质波导间的反向耦合
• 6.5 周期介质波导模式的带宽分析
• 6.6 具有聚乙烯基底的实际结构
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历