分子型非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)中的等離激元諧振效應(yīng).pdf

1、在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)金屬微納結(jié)構(gòu)與光的相互作用會(huì)產(chǎn)生許多異常的光學(xué)效應(yīng)，這些效應(yīng)通常與表面等離激元(Surfacce Plasmon，SP)在納米腔陣列結(jié)構(gòu)中的不同諧振模式及其諧振模式之間的耦合有關(guān)。本論文基于非對(duì)稱等離激元諧振模式間的相互耦合，提出了一種在光頻范圍內(nèi)構(gòu)筑分子型超結(jié)構(gòu)材料的新方法，通過所設(shè)計(jì)的若干非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)，研究了其中耦合的等離激元諧振模式及其所表現(xiàn)出的光學(xué)特性，這些特性對(duì)于表面等離激元諧振傳感、增強(qiáng)拉曼散射傳感

2、、非線性光學(xué)以及增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的光電轉(zhuǎn)換等應(yīng)用領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在構(gòu)成和內(nèi)部耦合機(jī)制方面，這些非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一種具有超結(jié)構(gòu)的分子型晶體光學(xué)材料，類似于由共價(jià)鍵分子組成的固態(tài)電子晶體材料，因此，我們也稱為分子型非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)。本論文主要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　(1)基于表面等離激元波在金屬/絕緣體/金屬M(fèi)IM波導(dǎo)末端反射率系數(shù)的算法，用解析方法研究了在MIM納米腔中的表面等離激元諧振，并與

3、FDTD數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，闡述了用該方法計(jì)算表面等離激元(SP)反射系數(shù)的適用性。這個(gè)研究對(duì)于相關(guān)微納結(jié)構(gòu)中等離激元諧振的物理分析和目標(biāo)設(shè)計(jì)有重要意義。
　　(2)提出一種在透明介質(zhì)襯底上具有非對(duì)稱超薄雙金屬條的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)。由于相鄰雙金屬條激發(fā)的反對(duì)稱束縛表面等離激元諧振模式(ab-SP)發(fā)生反對(duì)稱相消干涉，在阻帶中出現(xiàn)了一個(gè)很窄的透射峰（即等離激元誘導(dǎo)透明）。我們通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了并用一個(gè)微觀模型來(lái)解釋，即在寬

4、透射低谷中形成一個(gè)窄峰的微觀相互作用過程被認(rèn)為是通過不同透射通道相互協(xié)作的結(jié)果。這種分子型非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)的超薄特性便于制造，而且其優(yōu)越的性能具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)提出一種在金屬襯底上具有非對(duì)稱雙金屬條的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)，這種分子型非對(duì)稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)通過在每一個(gè)亞波長(zhǎng)周期中激發(fā)相互耦合的反對(duì)稱諧振模式，來(lái)限制等離激元的漏光輻射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的完美捕捉。具體的結(jié)構(gòu)是在平整的金屬襯底上有一層介質(zhì)層，其

5、上是超薄的雙金屬條陣列。反相位諧振模式在金屬條下面被激發(fā)，當(dāng)雙金屬條寬度之間存在適當(dāng)差值，就能夠完美的捕捉光。囚禁的光被金屬完全吸收，與雙金屬條寬度相等的對(duì)稱結(jié)構(gòu)相比，局域場(chǎng)也被增強(qiáng)。這個(gè)研究工作提供了一種設(shè)計(jì)超結(jié)構(gòu)光學(xué)材料的新方法，即通過等離激元諧振模式間的相互耦合作用來(lái)操縱光。
　　(4)提出一種在金屬襯底上具有非對(duì)稱凹槽（例如不同的深度）的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)，它利用反相諧振模式之間的相互協(xié)作來(lái)增強(qiáng)等離激元納米結(jié)構(gòu)的光囚禁