基于FDTD的亞波長孔陣列金屬薄膜光透射率研究.pdf

1、Ebbesen等人在1998年首次在實驗中觀察到亞波長圓孔正方陣列金屬薄膜的光超強透射(Extraordinary Optical Transmission, EOT)現(xiàn)象,并分析孔徑、孔周期、薄膜厚度、金屬類型和孔點陣類型等因素對孔陣列金屬薄膜的透過率的影響。為了理解光超強透射現(xiàn)象的物理本質(zhì),人們對其進行了大量的實驗和理論研究。普遍認(rèn)為,孔陣列金屬薄膜的EOT現(xiàn)象與表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons

2、, SPPs)效應(yīng)緊密相關(guān)。本論文進一步探索亞波長孔陣列金屬薄膜的EOT現(xiàn)象的物理機制,理解SPPs效應(yīng)與光超強透射效應(yīng)之間的聯(lián)系,采用時域有效差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)方法模擬超快激光脈沖垂直照射亞波長圓孔陣列金屬薄膜的物理過程的電磁場分布。本文的主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)表面等離子體激元是沿著金屬表面?zhèn)鞑サ谋砻娌?垂直于表面的電磁場分量按離表面的距離指數(shù)衰減。SPPs具有

3、光場局域化和局域場增強等獨特性能,在很多領(lǐng)域有其廣泛的應(yīng)用。并詳細(xì)介紹電磁場的時域有限差分?jǐn)?shù)值方法及吸收邊界條件和周期性邊界條件。
　　(2)總結(jié)了描述色散金屬的介電系數(shù)的Drude模型、Lorentz模型和Drude-Lorentzs模型三種模型,并介紹采用增加輔助變量及相應(yīng)的輔助差分方程(additional(auxiliary) differential equation, ADE)的方法,把金屬的色散特性引入到時域有限差分

4、迭代方程中,得到不同的模型相應(yīng)的FDTD離散迭代求解方法。
　　(3)采用Drude模型描述金屬銀的介電系數(shù),通過時域有限差分?jǐn)?shù)值方法模擬飛秒激光脈沖通過孔陣列銀薄膜相互作用后產(chǎn)生的電磁場分布,然后通過傅里葉變換求其透過率譜。主要計算了正方和正六角孔陣列的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(孔徑、孔周期、薄膜厚度)和入射光不同偏振方向?qū)Υ怪比肷涞絹啿ㄩL圓孔陣列銀薄膜的透過率的影響,分析和討論其物理過程,得到主要結(jié)論:1)孔周期決定透過率峰值位置,在孔徑