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1、亚波长结构论文：微纳结构光子器件的光学传输特性研究【中文摘要】微纳光学技术是一门新近发展起来的技术,越来越受到世界各国的重视,而伴随该技术发展所产生的纳米光子器件更是成为了各国科研人员研究的热点。为了进一步探索微纳光子结构的功能,设计出性能优良的微纳光子器件,本文利用时域差分(FDTD)的数值计算方法,对光在微纳光子器件中的传输特性,包括聚焦特性,偏振及滤波特性进行了详细的研究,并根据研究结果提出了两种新型纳米光子器件,即纳米微孔光子筛器件和偏振滤波复合功能器件。本文详细分析了光在经过纳米微孔光子筛器件传输过程中电磁波的各个矢量场强的变化情况,研究了光子
2、筛微孔孔径,光子筛环数,微孔密度调制函数以及金属层厚度等参数对光经过光子筛器件后的聚焦特性影响。理论发现利用纳米微孔光子筛可实现亚波长尺寸的聚焦。这种器件用纳米微孔阵列取代了传统的菲涅尔波带片,并采用切址函数对纳米孔阵列进行密度调制,突破了传统波带片的结构限制。采用时域差分算法对纳米微孔光子筛器件进行模拟后发现,纳米微孔光子筛聚焦平面处焦斑次级大背景强度减小为波带片聚焦平面处的五分之一,主极大呈现出极好的中心对称性,次级大也呈现了很好的空间对称性。克服了传统菲涅尔波带片的非对称聚焦及次极大背景过强的缺点。本文同时研究了纳米结构器件产生偏振和滤波复合功能的
3、机理。提出了一种新型的兼有偏振和滤波复合功能特性的亚波长光子器件。利用时域差分(FDTD)的方法分析了纳米结构材料性质和尺寸,包括基底折射率,电介质过渡层折射率,电介质过渡层结构(光栅或薄膜),电介质过渡层厚度,金属光栅层厚度以及周期/占空比等参数对滤波和偏振特性的影响。通过对各个参数的优化设计,实现了由SiO2基底、金属光栅、电介质过渡层组成的单一多层亚波长结构同时具有滤波和偏振复合功能的构想。这种器件对集成光学和新一代平板显示等技术具有重要的意义。【英文摘要】Nanophotonicsisanewdevelopingtechnologywhichha
4、sbeenattractingmuchattentionworldwide.Oneofthehotspotistheinvestigationofvariousfunctionalphotonicdeviceswithnanopatternedstructures.Toexplorethenovelfunctionsofthenano-structureddevicesaswellasthetheoreticaldesigntechnique,inthisthesis,theopticaltransmissioncharacteristicsinclud
5、ingfocusing,polarizingandfilteringofnano-photonsieves(NPS)andcompoundnanogratingsareinvestigated,respectively.Wefirstanalyzethefieldchangeofdifferentcomponentsofelectromagneticwavevectorsthroughthenano-photonsieves(NPS).Theeffectsoftheradiusofnanoholes,numberofrings,densitymodula
6、tionfunctionandthethicknessofthemetalliclayerofNPSonthecharacteristicsofopticaltransmissionarediscussed.ItisfoundthatasubwavelenthfocusingcanberealizedbyappropriatedesignedNPS.ByemployingananoholearrayinsteadoftheringpatternintheconventionalFresnelmicro-zone-plate(FMZP)andintrodu
7、cinganapodizationmodulationfunctiononthedensityofthenanoholearray,theside-lobesoftheNPSareeffectivelysuppressedtoonefifthofthatofthecorrespondingFresnelmicro-zone-plate(FMZP),andboththeintensitydistributionoffocalspotandtheside-lobesoffocalspotexhibitbettersymmetricbehaviorthanth
8、atoftheFMZP.Wealsoinvestigatetheopticalb
