亚波长金属孔阵列表面等离子体特性的单元结构特征依赖性研究

来源 :南华大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:li2008shuai
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表面等离子体光子学(Plasmonics)历经十几年的发展,在微纳光子学与集成光子学领域已越来越引起关注,相关研究工作一直是前沿和热点。亚波长金属孔阵列的增强光透射(EOT)是表面等离子体光子学中的一个重要研究方向,由于其背后的物理机制以及潜在的广阔应用前景,它受到众多研究人员的热切关注与研究。  本论文采用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)数值计算方法,探究了亚波长金属孔阵列的单元结构特征对其EOT特性的影响,以及周期性亚波长太极形孔阵列光透射增强的物理机制。主要内容如下:  (1)在深入理解表面等离子体的基本概念和性质基础上,总结了增强光透射现象及其相关工作的国内外研究现状与趋势;详细介绍了FDTD方法的基本理论。  (2)采用三维FDTD方法,对比数值研究了石英基底上四种单元结构对称性不同的周期性亚波长圆形、纽扣形、半圆形和太极形孔阵列银薄膜的光透射特性,发现金属薄膜的EOT特性强烈依赖于其单元结构对称性:随着单元结构对称性的降低,红外波段的透射峰位置会逐渐红移,红外波段的透射峰与可见光波段的透射峰之间的距离会逐渐增大,归一化透射峰峰值也逐渐增大。分析透射机理,发现在可见光波段,由结构周期性激发的表面等离激元(SPPs)共振模式是这四种阵列结构光透射增强的主导性因素;在红外波段,SPPs共振主导单元结构对称性好的两种阵列结构的光透射特性,而局域表面等离子体(LSPs)模式对单元结构对称性差的两种阵列结构的透射特性有着显著影响。  (3)采用三维FDTD方法,数值模拟了石英基底上太极形亚波长孔阵列银薄膜的光学透射特性。结果展示了亚波长太极形孔阵列结构在可见光到中红外波段的EOT现象,并且发现了在透过率谱中出现的三种共振模式,它们归结于银薄膜表面的SPPs模式,小孔中的SPPs共振效应和LSPs共振模式。分别调节入射光的偏振特性、薄膜厚度、小孔尺寸以及阵列周期,发现了透过率谱中出现的谱红移、蓝移、增强、减弱和分裂等有趣现象。
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