亚波长对称性破缺单元结构孔阵列的表面等离子体特性

发布时间：2020-06-06 12:48

【摘要】：金属微纳结构的增强光透射特性是表面等离子体光学的一个研究热点,其在纳米光子器件、分子探测以及生命科学等领域有着重要的应用。本论文采用时域有限差分(FDTD)方法,探究了对称性对手性及非手性单元结构亚波长金属薄膜孔阵列增强光透射特性的影响,进而揭示了表面等离子体效应对单元结构特征的依赖性,主要内容如下:(1)基于3D-FDTD方法,数值研究了周期性亚波长十字形(非手性)金属薄膜孔阵列的增强光透射特性。研究结果表明十字形金属薄膜孔阵列的透射特性受表面等离子体效应影响,其中十字形的宽度及长度的改变将导致孔内形成的LSP共振改变,进而对十字形金属孔阵列的增强光透射特性产生显著影响。同时发现十字形孔阵列单元结构对称性对其透射特性有重大影响,当单元结构垂直于偏振方向对称性破缺时,在垂直于偏振方向将形成非对称的LSP共振,进而导致红外波段透射峰出现分裂,而平行于偏振方向对称性破缺时,孔内并未形成非对称的LSP共振,因而并未引起红外波段透射峰的分裂。(2)在探究单元结构对称性对十字形(非手性)孔阵列增强光透射性影响的基础上,采用3D-FDTD方法,数值研究了通过改变矩形臂长度形成的破缺万字形(手性)金属薄膜孔阵列的增强光透射特性。结果表明单元结构对称性对破缺万字形孔阵列光学特性有很大影响,并且与单元结构对称性对十字形孔阵列增强光透射的影响存在显著差异。对于破缺万字形孔阵列,当单元结构在平行或垂直于偏振方向对称性破缺时,孔内都将形成非对称的LSP共振,进而引起红外波段透射峰出现分裂。同时发现周期性亚波长破缺万字形金属孔阵列的增强光透射特性也与金属薄膜的厚度及阵列周期密切相关。
【图文】：

电介质,界面结构,金属,切向分量

Maxwell 方程组，我们设定电磁场形0 区域，i(kk)ddxdz(kk)dydxdzdxdzE(E,0,E)eH(0H,0)e++==i，………2dxk，在 Z<0 区域内，，i(kk)mmxmz(kk)mymxmzmxmzE(E,0,E)eH(0H,0)e++==i，………2mxk，且 k/c0= ω，将以上公式代入\电介质界面处的切向分量是连续的，dxmxSPPk = k=k…………………程组 ×=εΕ0H -ik有，

示意图,表面等离子体,色散关系

的动量与入射光的光子动量必须利用特殊的方式，才可聚焦激光束等方式都将激发发方式出，正常情况下 SPs 不可能被激发。常用的 SPs 激发方聚焦光束激发及近场激发等激发方式示意图,其中图 1种结构。其中的上图为 Kr金属薄膜与棱境界面上发生而在金属与空气界面激发存在微小的空气狭缝，利用
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53

【参考文献】