金属—介质复合结构的色散特性研究

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1、中文摘要1英文摘要2第1章绪论31.1负折射介质发展概述31.1.1负折射介质的发现31.1.2负折射现象的证实与发展31.2负折射介质的理论基础41.3负折射介质屮电磁波的负折射和超透镜效应61.3.1负折射介质屮电磁波的负折射现象61.3.2超级透镜及其研究进展7第2章多层薄膜的等效介质理论和光学传递函数92.1等效介质理论的发展状况92.2多层结构传递函数计算的转移矩阵推导102.2.1麦克斯韦方程102.2.2平面波的波动方程112.2.3菲涅尔公式122.3传输矩阵方法求解多层膜系的传

2、递函数152.3.1单层膜传递函数的理论推导152.3.2多层膜的透射函数的理论推导16第3章不同波长条件下多层膜系统屮光波传播特性研究183.1365nm条件下Ag/Si0?多层膜色散特性及其应用183.2532nm条件下Ag/SiO2多层膜色散特性及其应用213.3本章小结23第4章本文小结25致谢26参考文献27Ag/S0金属一介质复合结构的色散特性研究摘要：近年來，基于负折射材料的金属一屯介质复合结构因其新颖独特的物理性质和重要的应用前景而获得了学术界广泛的关注，并口已经成为当前微纳光学

3、与光子学、凝聚态物理等交叉研究领域的研究热点。本文理论推导了金属一电介质复合结构的等效介质理论和色散方程，利用导波光学的传递矩阵的方法，具体分析、计算和讨论了在不同波长的条件下Ag!SiQ多层膜的色散特性。研究结果将为利用该结构实现远场光学超分辨成像、纳米光刻、纳米聚焦等应用提供重要理论参考。关键字：金属一电介质复合结构；超透镜；等效介质理论；传递；转移矩阵；色散特性Abstract:Inrecentyears,metal-dielectricmultilayeredstructure(MDMS

4、),asatypeofmostsimplest1-Dopticalmetamaterial,hasraisedthegreatinterestsforitsuniquephysicalpropertiesandimportantpotentialapplications.Ithascometoanewhotresearchspotinmulti-disciplinaryareaincludingmicro-nanophotonicsandcondensedmatterphysics.Inthis

5、work,wetheoreticallydeducedtheeffectivemediatheoryanddispersiveequationformetal-dielectricmultilayeredstructure.Byusingtransfermethod(TMM),wehaveanalyzedthedispersioncharacteristicsofmetal-dielectricmultilayeredstructureofatdifferentwavelengths,andth

6、edispersiondependenceonparametershasbeeninvestigatedindetail.Ourresearchwillbeofgreatsignificanceinachievingthefar-field,nano-lithgraphyandnano-focusingthroughmetal-dielenctricmultilayeredstructure.Keywords:Metal-dielectricmultilayeredstructure;Effec

7、tivemediatheory;Transfermatrixmethod;Dispersioncharacteristics.第1章绪论1.1负折射介质发展概述1.1.1负折射介质的发现经典电磁理论当中，物质的电磁学性质是由介电常数£和磁导率“决定的，对于一般的物质来说，它的介电常数和磁导率都是非负数的。我们可以从麦克斯韦方程组中了解到，普通电介质只能支持平面电磁波的传播，倏逝波会迅速衰减为零。坡印廷矢量S=ExH代表了电磁波的能量流动方向，是以对于普通的电介质而言，波矢与能量的流动方向是相同的

8、。早在1968年的吋候，前苏联的物理学家V.GVeselago就提出了一-种与自然界中纯天然存在的物质截然相反的理想物质，他假设这种物质的介电常数和磁导率都是负数(即双负材料，doublenegativematerials),还从理论上对这种物质进行了全面的研究山。之后他发现，这种材料不仅能让平面电磁波通过，而且能增强倏逝波，使它也能传播过去，而且由电场强度E、磁场强度H和波矢k它们三者构成的矢量组并不遵守右手定则，而是左手定则。由此可知，坡印廷矢量S和波矢k也必然是反向平行的。所以这类材料我们