1、本文采用時域有限差分方法研究各種系統(tǒng)中的表面等離子極化的調(diào)控。一般來說主要存在幾種操控或控制表面等離子波的行為。其一是改變材料，可以是介質(zhì)，金屬，甚至是半導(dǎo)體材料；其二是改變支持表面等離子波結(jié)構(gòu)的形狀；或者既改變材料也改變形狀。對激發(fā)表面等離子極化波來說，材料的性質(zhì)尤為重要。正因為貴金屬像金或銀在可見光頻段具有極大的負的相對介電常數(shù)，這對誘導(dǎo)極化電荷是最關(guān)鍵的。最近幾年，發(fā)現(xiàn)石墨烯在遠紅外和太赫茲頻段也具負的介電常數(shù)，于是興起了石墨烯表

2、面等離子波的研究。本文中，對各種材料包括貴金屬和石墨烯上所激發(fā)的表面等離子極化在各個納米系統(tǒng)中的進行調(diào)控，并對其中的新穎現(xiàn)象和效應(yīng)一單納米縫的異常透射增強、超納米系統(tǒng)中的非局部響應(yīng)、二維表面等離子調(diào)制器中的諧振效應(yīng)和二維超材料中表面等離子誘導(dǎo)透明進行了初步地討論，分析得出其調(diào)制機理，這對基于各種材料的實用表面等離子器件的設(shè)計具有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　用時域有限差分方法研究了金屬檔板和金屬錐形結(jié)構(gòu)對單納米狹縫的異常透射的調(diào)制。當(dāng)

3、工作波長固定單一波長時，詳細地研究了此復(fù)合結(jié)構(gòu)的透射效率對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)的依賴關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果表明金屬檔板構(gòu)成的納米天線能增強錐形狹縫的異常透射。倒置的錐形狹縫構(gòu)成了一個反聚焦的系統(tǒng)對金屬一介質(zhì)一金屬縫隙表面等離子波（GSPs)有反聚焦效果，也就是能將金屬上表面的GSPs耦合到下表面并且輻射成自由空間中的波，更有意思的是原本由于邊界阻抗不匹配所形成的Fabry-Perot諧振效應(yīng)也隨著錐角的增大而消失。它的透射效率與相對應(yīng)的直狹縫的情形

4、相比增加了近50％。另外錐形狹縫的結(jié)構(gòu)參數(shù)（錐角與狹縫長度）改變時幾乎不改變水平腔的場強諧振。此復(fù)合結(jié)構(gòu)的透射譜可以通過控制錐角來調(diào)控。錐形狹縫的這些特性對納米光器件的設(shè)計有指導(dǎo)作用。
　　探索了空心圓柱納米線系統(tǒng)中的表面等離子諧振模式與非局部響應(yīng)的關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果表明由于空心圓柱納米線的內(nèi)外表面的場強耦合導(dǎo)致表面等離子諧振模式的劈列，分別為低頻率模式和高頻率模式。由于空心納米線的厚度為2nm引起很強的非局部響應(yīng)。非局部響應(yīng)對高

5、頻率模式的影響非常明顯，比如場增強因子可以改變20%而低頻率模式卻只有1.5%。這主是要因為高頻率模式的場強集中的金屬內(nèi)，導(dǎo)致納米尺寸金屬中存在的非局部響應(yīng)較明顯，也就是說由非局部響應(yīng)引起的修正行為取決于諧振模式的性質(zhì)。然后計算了此非局部模型的消光效應(yīng)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：空心納米線的厚度，空心納米線的均半徑和空心處填充的介質(zhì)。不難發(fā)現(xiàn)高頻率模式在改變均半徑和空心處的折射率時具有更大的穩(wěn)定性。再者，當(dāng)空心圓柱納米線非同心時

6、會出現(xiàn)更多的物理現(xiàn)象。比如多模式和納米聚焦效應(yīng)。在非同心的納米線可心實現(xiàn)27000的最大場強增強因子，這在很多的納米尺寸下的領(lǐng)域有應(yīng)用，比如設(shè)計納米天線，納米傳感和納米非線性光學(xué)等。
　　仿真分析了短的納米條帶對無限大石墨烯上表面等離波傳播行為的調(diào)制。數(shù)值模擬結(jié)果表明單層石墨烯上傳播的表面等離子波對附近的摻雜的的石墨烯條帶很敏感。這里存在兩大調(diào)制石墨烯表面等離子波的機理，其一是在石墨烯條帶上形成的線諧振腔；其二是石墨烯條帶對表面等

7、離子波的反射形成的駐波。由于石墨烯條帶上的化學(xué)勢的可調(diào)性，因此可以通過門電壓或化學(xué)摻雜來動態(tài)調(diào)控石墨烯上的表面等離子波的行為。另外這個復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)決定于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也就是寬度或距離調(diào)控。這種石墨烯條帶的調(diào)控行為為石墨烯表面等離子波的調(diào)控提供了新的方法，這有助于設(shè)計紅外和太赫茲波段的表面等離子器件。
　　設(shè)計了幾種基于窄的石墨烯條帶波導(dǎo)的二維調(diào)制器，包括石墨烯尺形結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)，圓環(huán)結(jié)構(gòu)。研究了各自對條帶波導(dǎo)模式的傳輸影響

8、。在尺形結(jié)構(gòu)中，計算了尺形的長寬和化學(xué)勢與條帶波導(dǎo)模式傳輸率的關(guān)系。條帶波導(dǎo)模式受到尺形長度的周期調(diào)制。受到圓盤的半徑和圓環(huán)的外半徑的周期調(diào)制。均可以通過門電壓動態(tài)調(diào)控條帶波導(dǎo)的開關(guān)狀態(tài)。還計算了條帶波導(dǎo)受這些結(jié)構(gòu)調(diào)制下的頻譜，發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)均可適合濾波器件的設(shè)計。這些結(jié)構(gòu)是將來構(gòu)建石墨烯表面等離子光回路的基石。
　　研究了基于石墨烯條構(gòu)成的超材料的電磁響應(yīng)。此復(fù)合結(jié)構(gòu)中的一個單元由三個相同尺寸的石墨烯條構(gòu)成，一個在中間，兩個在邊上