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摘 要

表面等离极化激元（SPP，surface plasmon polarization）是光与金属表面的自由电子耦合形成的一种混合模，可以在具有亚波长尺度微结构的金属表面实现激发。SPP效应为人们操控光线提供了十分有利的手段，在许多方面得到应用。其中，利用金属薄膜表面的SPP效应进行电磁波的偏振转换是人们十分关注的一个领域。

本文首先回顾了表面等离极化激元产生的物理机制，并阐述其色散关系。然后介绍由其引起的增强透射效应（EOT，extraordinary optical transition）及其物理机制。之后叙述了偏振以及偏振转换的物理机制。接着，本文在第二阶段提出一种金属薄膜上的周期微结构，它包含一组尺寸相同，相互正交的通孔和凹槽，能够将入射的线偏振光的偏振方向偏转90°。改变该周期结构的尺寸参数，运用CST软件对该结构进行模拟，观察其透射谱。模拟得到，该结构对光频段电磁波的偏振转换效率可达到极大值，约为0.77。

关键词： 偏振转换 耦合 等离激元

Polarization conversion effect of single layer metallic thin films

Abstract

Surface plasmon polarization (SPP) is a kind of mixed mode, which is formed by metal surface free electrons coupling of light. It can be stimulated on metal surfaces with microstructure in subwavelengths. SPP provides us with very favable means to control light in a subwavelength scale and has been applied in many ways. Conversing the polarization of the electromagnetic wave is a concerned area.

In this paper, we first review the physical mechanism of surface plasmon polarization and generate its dispersion relation. And then introduce the enhanced extraordinary optical transition (EOT) and its physical mechanism. The physical mechanism of polarization and polarization conversion is described later.

Next, in this paper, a periodic microstructure of a metal thin film is proposed in the second stage, which comprises a set of through holes and grooves which are identical in size and perpendicular to each other.It is capable of deflecting the polarization direction of the incident linearly polarized light by 90 °.The size of the structure of the cycle is changed and the transmission spectrum is observed by CST software. With simulation, we find out that the structure of the optical band of the electromagnetic wave polarization conversion efficiency can reach a maximum value of about 0.77.

Key words: Polarization conversion; Coupling; Surface plasmon polarization

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT ………………………………………………………………………II

第一章 绪论………………………………………………………………………1

1.1等离激元效应及其色散关系……………………………………………1

1.2增强透射效应……………………………………………………………4

1.3偏振效应…………………………………………………………………6

1.4偏振转换效应……………………………………………………………7

第二章 正交孔槽周期结构对光的偏振转换…………………………… 9

2.1周期结构的构建…………………………………………………………9

2.2孔与槽参数对偏振转换的影响…………………………………………9

2.3周期对偏振转换的影响…………………………………………………10

2.4本章小结…………………………………………………………………10

第三章 L形孔槽周期结构对光的偏振转换………………………………11

3.1 周期结构的改进…………………………………………………………11

3.2 孔与槽参数对偏振转换的影响…………………………………………11

3.3 周期对偏振转换的影响…………………………………………………12

3.4本章小结…………………………………………………………………13

第四章 总结………………………………………………………………………14

参考文献………………………………………………………………………… 15

致谢…………………………………………………………………………………16

第一章 绪论

1.1等离激元效应

表面等离极化激元（SPP）是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁表面波模式，自由电子在光波照射下发生集体振荡并激发电磁场，两者相互耦合。表面等离极化激元在界面的两侧按指数规律衰减，因而是消逝波。这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs [2]。

SPP效应随着入射频率的改变而改变，因此其色散关系，即SPP强度与频率之间的关系值得探究。

位于介质与金属界面上的SPP模具有传播常数：

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