金属微结构中光偏转操作的研究

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金属亚波长微结构的研究对于光学未来的发展方向——微光学研究具有重要意义。因为利用金属亚波长微结构制作的光学器件,不仅可以利用金属表面等离子体效应形成增强透射等新效应,提高器件的性能;同时这种微结构器件的尺寸都在纳米量级,可以大大的降低器件的尺度。   基于金属亚波长微结构研究如此重要的意义。本论文的工作主要集中在讨论利用FDTD方法模拟亚波长金属微结构对光传播的影响,特别是利用此结构实现透射光的偏转。   1.对填充不同折射率电介质的金属亚波长微结构影响透射光偏转的研究。通过向金属亚波长微结构狭缝中填充空气和折射率不同的电介质的对比模拟。本研究证明了后者可以使透射光发生偏转。同时,进一步讨论和研究表明,改变模拟参数,如金属银层上的狭缝数量、狭缝宽度、狭缝间的中心距离、金属银层的厚度和计算微元的尺寸对模拟结果都会产生一定的影响。这其中狭缝宽度和中心距离的增大,会导致透射光偏转的变小。而金属层的厚度的增加则会明显导致透射光偏转角的增大。当金属层的厚度由100nm增大到500nm时,透射偏转角由0.808度增加到了3.906度。最后,根据上面讨论的结果,在金属层厚度为500nm的条件下,通过调整金属狭缝的宽度和中心间距等参数,得到了一个“最优”结构。光通过这个结构的透射偏转角由5度左右提高到了7度左右。   2.对楔形金属阵列的透射光光场分布的讨论。首先,通过一个75度倾角的楔形金属阵列结构,证明了楔形金属阵列能够引发透射光光场偏转。但是这种结构实现透射光偏转,需要较大的倾角,在倾角为75度的情况下,得到的透射光倾角不足1度。为了能够提高楔形金属阵列的透射偏转角,设计通过改变金属阵列末端的切角,来增加金属和光的相互作用,提高透射偏转角。通过6组对比模拟发现,倾角为60度和75度的楔形金属阵列的最大透射偏转分别对应着30度和45度的切角,此时的透射偏转角均达到2度以上。因此,本文可以得出结论,楔形金属阵列能够实现透射光偏转。但是要获较大的透射偏转角,需要改变金属条末端的切角。不同倾角的金属阵列,达到最大透射偏转时对应的末端切角也不相同。
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