高折射全介质材料的光学方向性散射与磁响应开题报告

1. 研究目的与意义

课题研究的现状及发展趋势

随着工业制造技术的发展,尤其是近年来刻蚀技术的发展,人们已经可以制造出微纳尺度范围的器件,这为科研人员研究光与微纳结构相互作用提供了实验基础,由此纳米光子学开始兴起。光子器件具有电子器件在传输带宽方面无法相比的优势,但由于衍射极限的限制,尺寸仅在微米量级，传统光子器件在尺寸上无法达到电子器件的小型化。虽然光子晶体可以部分地解决问题,但它是典型的周期性结构,只能有部分波长的光通过,不能完全满足要求。

2. 研究内容和问题

研究内容

高介电常数电介质材料是纳米光子学的一个新兴热点，尽管这类材料不产生表面等离激元，但是材料的折射率比较高，电、磁的mie共振在可见光波段，可以实现金属材料等离激元的大部分功能，如负折射率材料、纳米光波导以及超表面光学材料等。同时电介质材料的光损耗非常小，有望为亚波长微纳光子的实用化提供可能。对于单个的纳米颗粒,我们通常通过改变其尺寸、形貌、材质以及外环境来调节其光学性质，而对于颗粒间距较小的颗粒聚集体，邻近的颗粒之间的近场电磁耦合会导致共振频率的大幅度位移和极大的电场增强，并产生很多新颖的光学效应。

3. 设计方案和技术路线

阅读相关文献和参考资料，学习相关的研究背景;

学习基础的mie小颗粒散射理论，学习comsol有限元软件的使用；

使用上述计算方法计算几种典型的单颗粒材料的光学特性，并进行对比分析。

4. 研究的条件和基础

本课题的指导者对本课题内容比较熟悉，可以进行有效的指导；

本课题的完成者为光电信息科学与工程专业学生，具备了一定的数理基础，有一定的计算机编程能力；

学校图书馆和校园网有比较丰富的图书资料。