基于有限元表面等离激元光栅研究.doc

摘  要：自步入新世纪以来，现代科学技术迅猛发展，人们对于自然的认知已经从宏观世界扩展到微观世界领域。伴随着科研工作者在微制造以及集成光学领域的不断深入探索，各类光学器件、电子元器件已经逐步发展到了微纳尺度。虽然目前任有诸多问题，但随着研究的进一步深入，他们都都得到了有效的解决方案，光电子技术的发展也被推动到一个新高度。这一领域的研究对21世纪高新技术的发展和进步具有十分重要的指导和支持作用。该领域的研究主要包括光子晶体、集成光电子、纳米光学、等离子体极化和金属光学。

近几年，随着光栅和表面等离子体激元的相关理论和研究的进一步深入，基于表面等离激元光栅研究光栅问题已经成为一种趋势。现在的器件大都追求微型化、高集成化，表面等离激元凭借其自身独特性质，对于以光栅为基础的器件的研究发展做出了巨大贡献。虽然现在仍有许多问题，但随着表面等离激元研究的突破，这些难题都得到了有效的解决方法。

本文综合总结了表面等离子体和光栅的发展，并且基于表面表面等离激元对光栅进行研究。通过对介质基板上性光栅入射的平面电磁波的有限元数值模拟和理论分析，计算了TE波和TM波的折射，镜面反射和一阶衍射的透射和反射系数。研究结果显示TE波入射时镜面反射系数的值随入射角而相对稳定地增大；研究的所有系数之和始终小于1，当TM波入射时这种情况更加明显，TM波的另一个重要特征是60度附近几乎不发生镜面反射。TE波入射时大约一半的波被导线吸收。

关键词：微纳尺度；表面等离激元；光栅；透射；反射

目录

摘要

Abstract

1 绪论1

1.1前言1

1.2光栅研究现状及发展前景1

1.2.1国外研究现状1

1.2.2国内研究现状1

1.3本课题主要研究内容2

2 表面等离激元2

2.1 前言2

2.2 表面等离激元简介2

2.3 表面等离激元的分类3

3 有限元数值模拟机基本理论5

3.1 前言5

3.2 有限元方法6

3.3 多物理场有限元软件COMSOL Multiphysics6

4 光栅以及系统方案设计6

4.1 前言6

4.2 光栅理论基础7

4.3 研究技术路线10

5 结果与讨论16

5.1 模块结构建模16

5.2建模结果与讨论19

6 结论23

参考文献24

致谢27