光学纳米天线设计及吸收增强特性研究

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微纳光学天线是一种尺寸在微米纳米量级的天线,它在工作频率和工作原理上与传统天线有所不同,主要原因是微纳光学天线的工作原理是基于表面等离激元共振。我们可以调控它的表面等离共振以及天线附近的局域场强度,这些特点使得微纳光学天线可以应用在很多领域,比如超衍射极限成像、新型近场光学探针、高太阳能电池转换率、亚波长波导传输等。纳米光学天线正获得越来越多的关注。论文基于有限积分法(Finite Integration Technique, FIT)和S参数的特性,给出了纳米天线的输入阻抗和金平板的吸收率的计算方法。我们分析了传统天线与微纳天线的异同,分析了微纳微粒的等效电路,并重点研究了不同结构的纳米光学天线的输入阻抗。具体探讨了如何通过改变天线的几何结构及尺寸来调控其输入阻抗特征谱。结果表明,随着纳米天线半径的增大,共振频率增大,输入电阻减小;随着纳米天线臂长的增加,共振频率减小,输入电阻增大;随着间隙的增加,共振频率增大,输入电阻增大;随着负载介质的介电常数增大,共振频率减小,输入电阻减小。这些特征谱的变化规律可以用对应等效电路给出定性解释。我们对金属平板上面放置天线阵的吸收率进行了分析,并着重分析了200nm厚的金平板及它上面放置银纳米天线阵列的吸收率。结果表明当平板上面放置天线阵列时,在银纳米天线的共振频率处金平板的反射率明显的减小,而对应的透射率无限的接近零,说明在共振频率处金平板的吸收率得到了极大的提高。此外,通过引入具有渐变特性的天线阵结构,系统的吸收谱线展宽。本文的方法和结果对提升太阳能纳米平板电池的效率具有一定的参考价值。
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