微纳金栅条的光谱特性研究.docx

摘要：光谱是一种单色光，它是由色散系统（通常来说的色散系统有棱镜，光栅等）散射的色散光散射而成的，该色散系统按波长（或频率）排列，其全称为光学频谱。其中，太赫兹波具有许多独特的特性，而正是这些特性决定了太赫兹辐射的重要的应用价值，尤其是它的高穿透性。

近年来，基于表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons，SPP）的太赫兹功能器件已经成为众多研究人员关注的焦点之一。表面等离子体激元是一种电磁场模式，其原理是金属表面上自由运行的电子和光子相互作用，并且使其沿着金属表面局部地传播。基于SPP的器件可以在太赫兹频带中制造得非常小，因为光的透射可以通过使用表面等离子体激元（SPP）效应来打破衍射极限，这有利于大规模器件的集成。由于太赫兹波段的器件的特征尺寸远大于可见光波段的相关器件的特征尺寸，在实现等离子体激元现象等方面变得更有可行性，太赫兹波段的表面等离子体激元技术具有很大的研究价值。

本文将通过设计太赫兹波段的微纳金栅条结构，探讨入射条件对光谱特性的影响，分析结构参数对光谱特性的影响，并为以后实验制备微纳金栅条提供理论设计依据。

研究结果表明，随着栅条层厚度的增加，峰值频率向低频段移动；栅条层周期增大时，峰值频率也向低频段移动；随着占空比的增大，峰值频率向高频段移动。对于器件的制备容差，栅条厚度和占空比对峰值频率的影响较大。

关键词：表面等离子体激元，光谱的透过特性，微纳金栅条，太赫兹波

目录

摘要

Abstact

1 绪论-1

1.1 引言-1

1.2 太赫兹光谱透过特性及其应用-1

1.2.1 太赫兹的简介-1

1.2.2 太赫兹技术的发展状况-2

1.2.3 太赫兹波的特性与应用-2

1.2.4 现有的光谱透过特性的研究及应用-3

2 表面等离子激元的基本理论和应用-5

2.1 表面等离子激元的简介-5

2.2 表面等离子激元的发展状况-5

2.3 等离子激元的产生-5

2.4 表面等离子体激元的色散关系-7

2.5 表面等离子体激元的特征尺度-8

2.5.1 表面等离子体激元的波长-8

2.5.2 表面等离子体激元的传播距离-9

2.5.3 表面等离子体激元的趋肤深度-9

2.6 表面等离子体的激发方式-10

2.6.1 采用棱镜耦合结构-10

2.6.2 采用波导激励结构-10

2.6.3 采用光栅耦合结构-11

2.6.4 采用强聚焦光束-11

2.6.5 采用近场激发-12

2.7 表面等离子体激元的新颖效应-12

2.7.1 透射增强现象-12

2.7.2 聚束效应-13

2.7.3 突破衍射极限的超高分辨率成像-13

2.8 表面等离子体激元的若干应用-14

2.8.1 表面等离子体波导-15

2.8.2 表面等离子体耦合器-15

2.8.3 表面等离子体开关元件-16

2.8.4 表面等离子体新型光源-16

2.8.5 表面等离子体纳米光刻蚀技术-17

2.8.6 表面等离子体在生物医疗上的应用-17

2.8.7 表面等离子体在量子科学上的应用-18

3 微纳金栅条的光谱特性的研究-19

3.1 在太赫兹波段产生等离子激元的方法-19

3.2 微纳金栅条的光谱特性分析-19

3.2.1 入射条件对光谱特性的影响-21

3.2.2 结构参数对光谱特性的影响-23

3.2.3 器件制备容差分析-27

4 结论-29

参考文献-30

致谢-33