基于表面等離激元的環(huán)形腔光學特性的研究.pdf

1、表面等離激元(surface plasmon)是指在入射光的激發(fā)下，當金屬導帶的自由電子的振動頻率與入射光子的頻率相匹配時，電磁場能夠產(chǎn)生強烈的散射和吸收共振效應。周期微納金屬環(huán)形腔可以激發(fā)表面等離子體波，并且這些特定波長的波會被束縛在狹縫腔內(nèi)，產(chǎn)生電磁場的局域增強效應。表面等離激元光學特性的相關研究稱為表面等離激元學領域，它主要是研究亞波長結(jié)構(gòu)的光學可調(diào)控特性，因此可應用于生化折射率傳感器，熒光增強，表面紅外增強，光探測器，納米天線以

2、及太陽能電池研究等領域。
　　設計了兩種六角密排的周期環(huán)形腔結(jié)構(gòu)（環(huán)形狹縫腔陣列結(jié)構(gòu)和環(huán)形斜槽腔陣列結(jié)構(gòu)）。利用時域有限差分算法對結(jié)構(gòu)的光學特性進行了仿真探究。仿真結(jié)果表明，在線性偏振光入射時，環(huán)形腔內(nèi)可以形成多重圓柱形表面等離激元諧振，諧振波長的個數(shù)和大小與環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)相關。根據(jù)光譜以及電矢量的模場分布分析發(fā)現(xiàn)，在諧振波長處的入射光能量大部分在環(huán)形腔內(nèi)損耗，諧振波長處的反射率為極小值，環(huán)形腔內(nèi)的電場增強效應最大。諧振波長與環(huán)形腔

3、的結(jié)構(gòu)參數(shù)相關，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)，諧振波長在可見光到近紅外范圍內(nèi)可調(diào)。通過對比相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的單個環(huán)形腔以及環(huán)形腔陣列的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，周期排布對環(huán)形腔內(nèi)的圓柱形表面等離激元吸收峰位置影響不明顯，只是加強了共振強度。結(jié)構(gòu)的光學特性不隨入射光偏振方向的改變而改變。對于相似特性的金屬材料，所設計的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的光學響應。共振波長的可調(diào)控性對于表面拉曼增強和表面等離激元共振傳感器的設計與優(yōu)化具有指導性意義，且應用于折射率傳感器時靈敏度可達1