表面等离子体的研究方法

用来研究的表面等离子体效应的数值方法主要有以下几种：

1.时域有限差分方法（Finite Difference Time Domain ，简称FDTD）。FDTD方法是把 Maxwell方程式在时间和空间领域上进行差分化。利用蛙跳式(Leaf flog algorithm)--空间领域内的电场和磁场进行交替计算，通过时间领域上更新来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的。用该方法分析问题的时候要考虑研究对象的几何参数，材料参数，计算精度，计算复杂度，计算稳定性等多方面的问题。其优点是能够直接模拟场的分布，精度比较高，模困在成功地商业软件开发出来之后，FDTD是使用得比较多的数值模拟的方法之一。

2.严格耦合波方法（rigorous coupled-wave analysis ，简称RCWA）。该方法是分析光栅的有利工具，它是基于严格的矢量maxwell方程来分析的。由于在很多的表面等离子的结构中都会引入衍射光栅结构，所以RCWA方法也被越来越多的学者用来分析相关的问题，并且取得了不错的效果。

3.有限元方法（Finite Element Method，简称FEM）。该方法也是一种数值模拟方法，它采用简单的问题谈码穗来近似复杂的问题，在有限元内取近似解逼近精确解。该方法分析的是一种近似结果，但是能解决很多的问题，在科学研究中的应用也比较广泛。

这方面的分析还有其他一些特殊的方法，主要是针对不同的结构，不同的材料二提出，在此就不一一列出。

由于表面等离子体器件的尺寸一般都处在亚波长量级，所以制作表面等离子体器件采用的基本是微纳加工的技术。主要技术如下：

1.电子束曝光技术：这一步是实现小尺寸器件制作的一个关键和核心的步骤，也可以采取全息等手段，但是效果不如电子束。但是电子束曝光不能制作大面积的器件，这是它的一个弱点。

2.金属剥离技术：制作金属光栅结构的核心步骤之一。在电子束曝光之后形成的图形上，采用金属剥离的技术能够制作出效果很好的金属微纳结构。这一技术相对比较成熟。

3。干法刻蚀技术：制作金属微纳孔结构可以采用该方法。干法刻蚀是利用等离子原理有选择地从芯片表面去除不需要的材料的过程。干法刻蚀主要包括等离子增强反应离子刻蚀、电子回旋共振刻蚀（ECR）、感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等蚀刻技术。

还有其他的一些含卜特殊工艺应用在整个实验与制作的过程中，像电子束蒸发，离子溅射等技术。

领先的光学设计，仿真以及优化软件供应商 Rsoft设计公司推出DiffactMOD设计工具，主要

针对诸如曲面法线（Surface Normal）光栅，光子带隙晶体，亚渗滚波长周期性结构等衍射光学结构

的设计。该软件最拿手的技术就是模拟周期性结构的电磁波

祥粗DiffactMOD在衍射光元件，各种窄带滤波器，WDM器丛宴余件，偏振敏感器件，光互联器

件，光数据存储，微透镜阵列以及光分束器和整形器领域都有很好的应用。它还可以用于半导体制

造工艺中的光学测试和纳米测量。DirractMOS基于严格的耦合波分析方法，采用了包括Maxwell

方程的快速收敛算法等若干新的算法。

Kogelnik 于1969 年第一次将耦合波理论引入体全息光栅的分析应用中，并

得到了广泛的应用。Kogelnik 提出的耦合波理论具有形式简单、物理图象明确的特点。该理论第一次深刻讨论了发生在体全息中的主要物理现象。Kogelnik 的耦合波理论可以分析全息材料的相位和吸收枝行调制(包括有吸收的光栅和混合型光栅)同时存在的情况，且偏离布拉格入射和光栅倾斜的情形也考虑了。该理论可以分析透射和反射型两种体全息光栅类型。尽管Kogelnik 的耦合波理论当时仅限于应用分析声光相互作用的一维理论模型，但是这一理论为耦合波理论的进一步应用提供了坚实的理论基础。一维耦合波理论所做的几点基本假设为：

（1） 光栅被恒定振幅的平面波形成和再现，具有一定的厚度；

（2） 折射率和码迹吸收常量的猛模哗空间调制是按照正弦规律变化的；

（3） 照明光波以布拉格角或者在其附近入射，因此介质中仅出现照明光波

和衍射光波，而忽略其它的所有级次；

（4） 照明光波是偏振光，振动方向垂直于入射面；

（5） 光波复振幅的变化与其波长相比是很小的，因此，光波复振幅的二阶微分可以忽略。

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