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等离子体作为一种由大量非束缚态的带电粒子构成的特殊材料,其电磁性质在很宽的频带内表现出与普通电介质不同的特性。实验室中,通过调节放电功率和气体压强等参数,可以定量调节等离子体的密度和碰撞频率等参数,进而改变等离子体的电磁特性。当等离子体材料的电磁参数和几何尺寸与外加的电磁波频率满足一定关系时,可激发表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)。表面等离激元(Surface Plasmon,SP),又称表面波(Surface Wave,SW),其本质为金属或等离子体中的自由电子与外部电磁场耦合产生的集体震荡,常见于纳米金属颗粒与可见光的相互作用中。这种效应能将外部电磁场的能量束缚在亚波长尺度的等离子体材料或金属结构的表面,从而实现高效率的光传输、光诱导、光吸收等现象。得益于表面等离激元在诸多方面的特性,其在表面增强拉曼散射、亚波长孔径的透射增强、光子集成电路、纳米光刻、高密度光存储和纳米波导等领域有着广泛应用。等离子体材料表面激发的微波表面等离激元与在金属结构表面激发的可见光波段表面等离激元拥有相同的光学性质。因此,亚波长等离子体结构在对微波的调制增强方面有着巨大的潜在应用价值。目前,该领域的研究主要集中在球壳或圆柱壳结构对发射天线的微波信号近场调制增强。实验中采用上述等离子体结构,实现了0.6GHz至1GHz波段微波信号的10d B有效增强,但对这种增强现象的理论解释尚为欠缺;之前的模拟与实验主要针对发射天线的辐射增强,对接收信号的调制增强研究还不充分;此外,只讨论了封闭等离子体结构,对开放式的新型等离子体结构尚未研究。本文针对以上问题,对多种亚波长等离子体圆环结构的电磁波接收增强特性进行研究,并利用纳米光学的等离子体激元杂化理论和金属-电介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)腔理论来解释多种圆环等离子体结构的电磁波调制增强现象。主要内容为以下三部分:研究了亚波长等离子体圆环结构的局域场增强效应,基于等离子体激元杂化理论推导出了等离子体圆环结构的杂化表面激元共振能级,利用杂化表面激元共振效应解释了亚波长等离子体圆环结构的局域场增强现象。针对更高的频段,亚波长条件不再使用。采用平面等离子体激元色散关系和金属圆盘回音腔理论拟合了较高频率的亚波长等离子体圆环结构的表面激元共振,模拟与理论符合较好。设计了等离子体双圆环结构,研究发现内外等离子体圆环和它们之间的空气层组成MIM腔结构,通过激发法布里-珀罗共振(Fabry-Perot Resonance,FPR),将入射电磁波能量引导至等离子体圆环内部,克服了传统的封闭球壳,圆环结构对电磁波的散射效应。有效增强表面等离激元共振,实现了对GHz波段电磁波的进一步调制增强。研究表明双圆环结构中狭缝处的FPR与空气层中的FPR相互干涉,两种共振分别发生时,空气层的FPR对圆环内部的表面等离激元共振增强更为显著。利用MIM腔理论的表面极化等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)色散关系验证了模拟结果,证明了空气层处的FPR共振是双圆环结构局域场增强的主要因素。设计了等离子体狭缝圆环结构,实现了20d B的局域场增强。研究表明狭缝中FPR的相位决定了其与圆环中SPR的耦合关系。选取合适的等离子体上下壁厚度可有效增加MIM腔的能量收集效率,且FPR的共振模式为1.5时能量收集效率最高。通过MIM腔理论验证了狭缝中SPP的色散关系,发现当上下壁厚度远小于等离子体趋肤深度时模拟结果相比于理论值出现蓝移。进一步采用IMIMI腔理论推导的SPP色散关系进行比对,模拟结果与理论值基本一致,解释了蓝移现象,并分析了等离子体狭缝圆环结构的局域场增强原理。