金属介质微纳结构中的SPP效应及其透射特性研究【毕业设计】

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1、本科毕业设计（20届）金属介质微纳结构中的SPP效应及其透射特性研究摘要【摘要】近几年来27，有关表面等离子体激元（SPP）的研究得到了广泛的关注，基于表面等离子体激元（SPP）的元器件也不断被设计出来,各种SPP器件也在化学-生物传感、显示、纳米光刻等领域得到应用，并取得了使用传统手段所不能取得的成果。在本文中，我们简要的分析SPP形成的原因，在金属微纳结构中形成SPP的条件以及金属微纳结构的光透射增强，并对600nm入射平面波激发下，产生SPP时所能获得的最大透射增强的金属光栅参数进行求解。【关键词】SPP；SPP元器件；透射加强Abstract【ABSTRACT】Inrecentye

2、ars,theresearchofSurfacePlasmonPolartion(SPP)hasbeenfocusongreatattention.BasedonSPPeffects,thevarieskindsofSPPcomponentshasbeendesignedandappliedinmoreandmorefields,forexample,Chemical-BiologicalSensors,Display,Nanolithgraphy,andsomeachievementsareunabletobeachievedwiththetraditionalmethods.Inthi

3、sarticle,wediscussedhowtheSPPisgenerated,whatconditionsshouldbesatisfiedfortheexcitingofSPPinthemicro-nanostructurewithmetaldielectric,andanalyzedthestrongtransmissionenhancementphenomenonbetweenthemetalgratingandthedielectricgrating.Thestructuralparametersofmetalgratingalsobeencalculatedforobtain

4、ingthemaximumoftransmissionenhancement.【KEYWORDS】SPP;SPPcomponents;transmissionenhancement目录摘要2Abstract227目录31绪论51.1概述51.2表面等离子体激元（SurfacePlasmonPolartion，SPP）51.3SPP的研究历程51.4最新的研究进展62表面等离子体（SP）72.1产生表面等离子体的理论解释72.1.1体等离子体震荡72.1.2表面等离子体震荡72.2表面等离子体产生的条件72.3激发方式82.3.1棱镜耦合共振82.3.2光栅耦合92.3.3波导模耦合92.3

5、.4近场激发103金属微纳结构的SPP效应的分析方法113.1严格耦合波方法（RigorousCoupledWaveAnalysis，RCWA）113.1.1概述113.1.2应用软件R-soft113.2有限时域差分法（FDTD）113.2.1概述113.2.2基本设定113.2.3二维FDTD中的麦克斯韦方程组的微分形式及迭代公式123.2.4编程时的流程图153.2.5应用软件Opti-FDTD163.3有限元法（FiniteElementAnalysis，FEA）163.3.1变分原理163.3.2有限元解法的主要步骤163.3.3边界条件的处理与总体合成173.3.4方程组的数值

6、求解173.3.5应用软件COMSOLMultiphysics174基于金属亚波长光栅SPP效应的透射特性的研究194.1概述194.2模型结构194.3电场分布情况194.4结构的优化214.4.1光栅周期对透射的影响214.4.2光栅尺寸对透射的影响224.4.3光栅高度对透射的影响224.4.4结构优化后的电场分布224.5小结245SPP的应用与展望255.1概述25275.2SPP在纳米光刻中的应用255.3SPP在生物、化学传感方面的应用255.4SPP在超分辨成像方面的应用265.5表面等离子体激元隐身265.6展望27参考文献28致谢29附录30271绪论1.1概述近几年，

7、有关表面等离子体激元效应（SurfacePlasmonPolartion，SPP）的研究取得了一些新进展，并出现了一些新的研究分支，随着现代理论研究的深化与微加工技术、光电检测技术的不断进步，已经形成了对能产生SPP效应的金属微纳结构体系的研究已经形成了一门新的学科——表面等离子体激元光子学。由于SPP效应具有独特的光学特性，其在传感、光学超分辨成像、太阳能电池、数据存储等方面有着重要的研究和应用前景。1.2表面等离子体