论文部分内容阅读
得益于近场扫描光学显微镜(NSOM:Near-field Scanning Optical Microscope)的发明和微细加工技术的不断发展,人们研究纳米尺度下的光学现象成为可能,使得对纳米光学(nano-optics)和纳米光子学(nano-photonics)的研究方兴未艾。表面等离子体激元(SPPs:Surface Plasmon Polaritons)是纳米光子学的核心机制,它是一种存在于金属与介质分界面的特殊电磁模式。光源照到金／介界面上,引起金属表面的自由电子集体振荡,当电子的振荡频率与入射光源频率匹配时,就会产生共振(也叫做表面等离子体共振,SPR:Surface Plasmon Resonance),出现高强度的场增强等特性。正是表面等离子体激元共振具有高灵敏度的特性,常常被用于化学、生物检测上,特别是在军事方面的意义更加非凡。通过金属微纳光学天线的集成使用,对入射光源进行局域场转换,形成很高的场增强,提高红外探测器灵敏度,减轻系统重量,军事武器小型化；在红外通信中,提高系统的信噪比、通信距离。本文首次提出对天线的加工制备具有指导意义的红外高增益金属阶梯偶极子微纳光学天线结构。采用时域有限差分法,对工作于远红外波段的金属微纳光学天线的形状和尺寸进行研究,由偶极子天线过渡到阶梯天线,再到蝶形天线,获得独特的光学特性,结合表面等离子体激元对其物理机制进行探讨；从场强增强因子、场分布和半高全宽(FWHW:Full Width of Half Wave)进行比较,获得蝶形金属微纳光学天线为最优结构。对红外高增益金属微纳光学天线的平面集成问题展开研究,首先讨论红外金属微纳光学天线各尺寸参数对共振波长的影响,通过数值拟合,导出共振波长与结构尺寸之间的表达式,给天线的实际加工制造提供尺寸指导；另一方面,为消除红外光学微纳天线单元间的耦合作用,计算出天线阵列化时天线单元间的最佳间距。