納米尺度金屬光學(xué)天線(xiàn)的近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)特性研究.pdf

1、金屬納米光學(xué)天線(xiàn)是一種可以突破衍射極限，能夠把光學(xué)頻段的電磁波高效耦合到納米尺度空間的金屬納米光子器件，因其支持表面等離激元而具有高度場(chǎng)局域、場(chǎng)增強(qiáng)及重定向等特性，這些新穎獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)使其在眾多領(lǐng)域頗受青睞，如高分辨率近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡、高效率太陽(yáng)能電池、納米光刻等。
　　本文設(shè)計(jì)了一種新型的金屬納米光學(xué)天線(xiàn)——雙蝶形金屬納米光學(xué)天線(xiàn)，基于時(shí)域有限差分法和表面等離激元理論研究了其光學(xué)特性，其中包括近場(chǎng)局域場(chǎng)增強(qiáng)性、近場(chǎng)電場(chǎng)分布特性及

2、遠(yuǎn)場(chǎng)方向性等。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、研究了矩形、梯形、蝶形三種基本對(duì)稱(chēng)振子結(jié)構(gòu)金屬納米光學(xué)天線(xiàn)的近場(chǎng)特性。研究發(fā)現(xiàn)：蝶形對(duì)稱(chēng)振子具有最大的場(chǎng)增強(qiáng)因子，但這種場(chǎng)增強(qiáng)性對(duì)不同的入射光偏振方向表現(xiàn)出極不穩(wěn)定性。
　　2、研究了天線(xiàn)臂之間的夾縫以及不同的入射光偏振方向?qū)﹄p蝶形金屬納米光學(xué)天線(xiàn)場(chǎng)增強(qiáng)性及電場(chǎng)分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)：雙蝶形光學(xué)天線(xiàn)具有比蝶形對(duì)稱(chēng)振子更強(qiáng)的場(chǎng)增強(qiáng)，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以達(dá)到390倍的電場(chǎng)增強(qiáng)；隨著夾縫的

3、減小，場(chǎng)增強(qiáng)的分布區(qū)域逐漸由天線(xiàn)的中心轉(zhuǎn)移到邊緣，同時(shí)天線(xiàn)中心處的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之減??；與蝶形對(duì)稱(chēng)振子不同，雙蝶形光學(xué)天線(xiàn)的場(chǎng)增強(qiáng)性對(duì)偏振方向不同的入射光表現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定性。
　　3、研究了天線(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)雙蝶形金屬納米光學(xué)天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)方向性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：天線(xiàn)臂之間夾縫的減小使遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中出現(xiàn)明顯的旁瓣，且主瓣增益變大；當(dāng)偶極子激勵(lì)源垂直放在天線(xiàn)下方合適的距離時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中會(huì)出現(xiàn)明顯的旁瓣；天線(xiàn)臂長(zhǎng)度的增大是導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖中出現(xiàn)