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基于类表面等离子体激元的矩形金属光栅色散特性的研究

刘永强 孔令宝 杜朝海 刘濮鲲

基于类表面等离子体激元的矩形金属光栅色散特性的研究

刘永强, 孔令宝, 杜朝海, 刘濮鲲
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  • 等离子体激元(surface plasmon polaritons, SPP)因其独特的光学和物理特性, 使其具有诸如透射增强和局域共振等一系列新颖现象, 已成为当前国内外学者研究的热点. 本文对基于类表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmons, SSP)的矩形金属光栅色散特性和模式分布进行了研究. 利用本征函数法并结合场匹配条件, 获得了矩形栅表面SSP的场表达式、色散关系和模式分布, 并通过电磁仿真进行了验证. 在此基础上分析了矩形栅各参数对SSP色散及模式分布的影响, 研究结果表明: 由本征函数法获得的SSP色散特性与仿真结果基本符合; 增大金属栅高度或减小排列周期能减小SSP的相速度; 而增大金属栅周期占空比能在一定程度上拓展SSP与电子束互作用的带宽; 改变金属盖板高度对慢波SSP色散模式基本没有影响; 减小金属栅侧面宽度能增大模式之间的间隔, 从而能有效避免模式竞争的发生. 本文对基于SSP的矩形金属光栅色散特性的研究将为进一步研究SSP与电子束的相互作用, 形成高效、宽带的新型太赫兹源奠定良好的理论基础.
      通信作者: 刘濮鲲, pkliu@pku.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61471007)和中国博士后科学基金(批准号: 2014M560019)资助的课题.
    [1]

    Barnes W L, Dereux A, Ebbesen T W 2003 Nature 424 824

    [2]

    Pendry J B, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2004 Science 305 847

    [3]

    Wang Z L 2009 Progress in Physics 29 287 (in Chinese) [王振林 2009 物理学进展 29 287]

    [4]

    Gu B Y 2007 Physical Review 36 280 (in Chinese) [顾本源 2007 物理评述 36 280]

    [5]

    Maier S A, Andrews S R, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2006 Phys. Rev. Lett. 97 176805

    [6]

    Gan Q Q, Fu Z, Ding Y J, Bartoli F J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 256803

    [7]

    Li X, Jiang T, Shen L F, Deng X H 2013 Appl. Phys. Lett. 102 031606

    [8]

    Gramotnev D K, Pile D F P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 6323

    [9]

    Moreno E, Rodrigo S G, Bozhevolnyi S I, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 023901

    [10]

    Catrysse P B, Veronis G, Shin H, Shen J T, Fan S H 2006 Appl. Phys. Lett. 88 031101

    [11]

    Zhu W Q, Agrawal A, Nahata A 2008 Opt. Express 16 6216

    [12]

    Li J Y, Qiu K S, Ma H Q 2014 Chin. Phys. B 23 106804

    [13]

    Wang Y, He X J, Wu Y M, Wu Q, Mei J S, Li L W, Yang F X, Zhao T, Li L W 2011 Acta Phys. Sin. 60 107301 (in Chinese) [王玥, 贺训军, 吴昱明, 吴群, 梅金硕, 李龙威, 杨福杏, 赵拓, 李乐为 2011 物理学报 60 107301]

    [14]

    Garcia-Vidal F J, Martín-Moreno L, Pendry J B 2005 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 7 S97

    [15]

    Zayats A V, Smolyaninov I I 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 S16

    [16]

    McVey B D, Basten M A, Booske J H, Joe J, Scharer J E 1994 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 42 995

    [17]

    Mehrany K, Rashidian B 2003 IEEE Trans. Elec. Dev. 50 1562

    [18]

    Freund H P, Abu- Elfadl T M 2004 IEEE Trans. Plasmas Sci. 32 1015

    [19]

    Joe J, Louis L J, Scharer J E, Booske J H, Basten M A 1997 Phys. Plasmas 4 2707

    [20]

    Carlsten B E 2002 Phys. Plasmas 9 5088

    [21]

    Joe J, Scharer J, Booske J, McVey B 1994 Phys. Plasmas 1 176

    [22]

    Donohue J T, Gardelle J 2011 Phys. Rev. ST Accel. Beams 14 060709

    [23]

    Cao M M, Liu W X, Wang Y, Li K 2014 Acta Phys. Sin. 63 024101 (in Chinese) [曹苗苗, 刘文鑫, 王勇, 李科 2014 物理学报 63 024101]

    [24]

    Mineo M, Paoloni C 2010 IEEE Trans. Elec. Dev. 57 1481

    [25]

    Kong L B, Huang C P, Du C H, Liu P K, Yin X G 2015 Sci. Rep. 5 8772

    [26]

    Shin Y M, Barnett L R, Luhmann N C 2009 IEEE Trans. Elec. Dev. 56 706

    [27]

    Shin Y M, Baig A, Barnett L R, Tsai W C, Luhmann N C, 2012 IEEE Trans. Elec. Dev. 59 234

    [28]

    Liu Q L, Wang Z C, Liu P K, Dong F 2012 Acta Phys. Sin. 61 244102 (in Chinese) [刘青伦, 王自成, 刘濮鲲, 董芳 2012 物理学报 61 244102]

    [29]

    Shen L F, Chen X D, Yang T J 2008 Opt. Express 16 3326

    [30]

    Zhang K Q, Li D J 2001 Electromagnetic Theory for Microwaves and Optoelectronics (The Second Edition) (Beijing: Electronic Industry Press) p405 (in Chinese) [张克潜, 李德杰 2001 微波与光电子学中的电磁理论(第二版) (北京: 电子工业出版社) 第405页]

  • [1]

    Barnes W L, Dereux A, Ebbesen T W 2003 Nature 424 824

    [2]

    Pendry J B, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2004 Science 305 847

    [3]

    Wang Z L 2009 Progress in Physics 29 287 (in Chinese) [王振林 2009 物理学进展 29 287]

    [4]

    Gu B Y 2007 Physical Review 36 280 (in Chinese) [顾本源 2007 物理评述 36 280]

    [5]

    Maier S A, Andrews S R, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2006 Phys. Rev. Lett. 97 176805

    [6]

    Gan Q Q, Fu Z, Ding Y J, Bartoli F J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 256803

    [7]

    Li X, Jiang T, Shen L F, Deng X H 2013 Appl. Phys. Lett. 102 031606

    [8]

    Gramotnev D K, Pile D F P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 6323

    [9]

    Moreno E, Rodrigo S G, Bozhevolnyi S I, Martín-Moreno L, Garcia-Vidal F J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 023901

    [10]

    Catrysse P B, Veronis G, Shin H, Shen J T, Fan S H 2006 Appl. Phys. Lett. 88 031101

    [11]

    Zhu W Q, Agrawal A, Nahata A 2008 Opt. Express 16 6216

    [12]

    Li J Y, Qiu K S, Ma H Q 2014 Chin. Phys. B 23 106804

    [13]

    Wang Y, He X J, Wu Y M, Wu Q, Mei J S, Li L W, Yang F X, Zhao T, Li L W 2011 Acta Phys. Sin. 60 107301 (in Chinese) [王玥, 贺训军, 吴昱明, 吴群, 梅金硕, 李龙威, 杨福杏, 赵拓, 李乐为 2011 物理学报 60 107301]

    [14]

    Garcia-Vidal F J, Martín-Moreno L, Pendry J B 2005 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 7 S97

    [15]

    Zayats A V, Smolyaninov I I 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 S16

    [16]

    McVey B D, Basten M A, Booske J H, Joe J, Scharer J E 1994 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 42 995

    [17]

    Mehrany K, Rashidian B 2003 IEEE Trans. Elec. Dev. 50 1562

    [18]

    Freund H P, Abu- Elfadl T M 2004 IEEE Trans. Plasmas Sci. 32 1015

    [19]

    Joe J, Louis L J, Scharer J E, Booske J H, Basten M A 1997 Phys. Plasmas 4 2707

    [20]

    Carlsten B E 2002 Phys. Plasmas 9 5088

    [21]

    Joe J, Scharer J, Booske J, McVey B 1994 Phys. Plasmas 1 176

    [22]

    Donohue J T, Gardelle J 2011 Phys. Rev. ST Accel. Beams 14 060709

    [23]

    Cao M M, Liu W X, Wang Y, Li K 2014 Acta Phys. Sin. 63 024101 (in Chinese) [曹苗苗, 刘文鑫, 王勇, 李科 2014 物理学报 63 024101]

    [24]

    Mineo M, Paoloni C 2010 IEEE Trans. Elec. Dev. 57 1481

    [25]

    Kong L B, Huang C P, Du C H, Liu P K, Yin X G 2015 Sci. Rep. 5 8772

    [26]

    Shin Y M, Barnett L R, Luhmann N C 2009 IEEE Trans. Elec. Dev. 56 706

    [27]

    Shin Y M, Baig A, Barnett L R, Tsai W C, Luhmann N C, 2012 IEEE Trans. Elec. Dev. 59 234

    [28]

    Liu Q L, Wang Z C, Liu P K, Dong F 2012 Acta Phys. Sin. 61 244102 (in Chinese) [刘青伦, 王自成, 刘濮鲲, 董芳 2012 物理学报 61 244102]

    [29]

    Shen L F, Chen X D, Yang T J 2008 Opt. Express 16 3326

    [30]

    Zhang K Q, Li D J 2001 Electromagnetic Theory for Microwaves and Optoelectronics (The Second Edition) (Beijing: Electronic Industry Press) p405 (in Chinese) [张克潜, 李德杰 2001 微波与光电子学中的电磁理论(第二版) (北京: 电子工业出版社) 第405页]

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-23
  • 修回日期:  2015-04-05
  • 刊出日期:  2015-09-05

基于类表面等离子体激元的矩形金属光栅色散特性的研究

  • 1. 北京大学信息科学技术学院, 北京 100871
  • 通信作者: 刘濮鲲, pkliu@pku.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61471007)和中国博士后科学基金(批准号: 2014M560019)资助的课题.

摘要: 等离子体激元(surface plasmon polaritons, SPP)因其独特的光学和物理特性, 使其具有诸如透射增强和局域共振等一系列新颖现象, 已成为当前国内外学者研究的热点. 本文对基于类表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmons, SSP)的矩形金属光栅色散特性和模式分布进行了研究. 利用本征函数法并结合场匹配条件, 获得了矩形栅表面SSP的场表达式、色散关系和模式分布, 并通过电磁仿真进行了验证. 在此基础上分析了矩形栅各参数对SSP色散及模式分布的影响, 研究结果表明: 由本征函数法获得的SSP色散特性与仿真结果基本符合; 增大金属栅高度或减小排列周期能减小SSP的相速度; 而增大金属栅周期占空比能在一定程度上拓展SSP与电子束互作用的带宽; 改变金属盖板高度对慢波SSP色散模式基本没有影响; 减小金属栅侧面宽度能增大模式之间的间隔, 从而能有效避免模式竞争的发生. 本文对基于SSP的矩形金属光栅色散特性的研究将为进一步研究SSP与电子束的相互作用, 形成高效、宽带的新型太赫兹源奠定良好的理论基础.

English Abstract

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