方体及环/盘阵列结构的表面等离子体共振特性研究

发布时间：2020-12-11 13:02

　　局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。提出了一种方体及环/盘阵列结构,该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。利用时域有限差分算法（FDTD solutions）对该结构进行了光学性质的探究。仿真结果表明,当线性偏振光入射到金属表面时,在结构中激发局域表面等离子体共振现象,表现出明显的共振效应,在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。通过对结构电场电荷仿真图的对比分析,发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。当调整金属结构的各项参数时,金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变,因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性（如左圆环直径L、右圆环直径R,结构高度H,左圆环到方体的距离D等）,通过对结构各项参数的改变,可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控,达到对结构光学性质可控的目的。由于该结构具有独特的非对称性,进一步探究了入射光源偏振方向（即电矢量与x轴的夹角）对结构的共振谷波长位置以及... 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020年05期 第1345-1350页 北大核心

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【部分图文】：

方体及环/盘结构的透射谱及阵列结构示意图

为研究方体及环/盘结构的透射谱线中三个谷的产生原因, 分析了不同共振波长位置对应XY平面上的电场电荷分布图, 如图2所示, 在波长入射时电场增强主要集中在左圆环和方体上[图2(a)], 此时的电荷分布如图2(d)左圆环的内外壁具有相同的电荷, 呈现对称偶极共振模式, 形成超辐射模式, 右侧为偶极环和偶极盘混合与方体辐射原子组成的整体, 呈现近四偶极共振模式, 形成亚辐射模式, 此时左右两结构激发的两种模式相互反应在J1处产生一种混合等离激元模式; 当在λJ2时电场增强[图2(b)]主要存在于左圆环与方体之间以及内小圆盘与右圆环的夹缝处, 观察电荷分布[图2(e)], 此时近场耦合作用更明显, 左侧圆环内外壁具有相反的电荷, 呈偶极共振模式, 电荷分布不明显可忽略; 而此时, 右侧圆环/盘与方体结构呈现近四偶极共振模式, 形成亚辐射模式; 图2(c)和图2(f)是该结构在波长λJ3入射时的电场电荷分布图, 发现电场增强更多的集中在内圆盘边缘, 电荷图主要是方体与右偏心结构产生了一种新的偶极共振模式, 形成超辐射模式, 抑制辐射损耗减弱, 光谱的线宽较宽。2.2 结构参数改变对共振谷的调控分析

保持距离D等其他参数不变, 直径L(70～110 nm)变化, 间隔10 nm, 如图3所示, 由于左圆环与右侧结构的近场耦合使其在J1处产生偶极共振和四偶极共振模式增强, 所呈现的混合等离激元模式间的相互作用增强, 且尺寸变大, 共振的电磁场相位延迟增强导致红移, 故透射谱随着直径L的变化发生红移, 透射率值减小。图4 不同右圆环直径R的方体及环/盘结构的 透射谱及共振谷J3的半高宽曲线


本文编号：2910574