表面等離子體激元的量子共振現(xiàn)象及其應(yīng)用研究.pdf

1、表面等離子體激元（SPPs）是金屬表面上電子與電磁場(chǎng)集體振蕩形成的一種表面電磁波。由于SPPs具有突破傳統(tǒng)衍射極限和局域場(chǎng)增強(qiáng)的特性，它已經(jīng)在納米器件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、太陽(yáng)能電池、化學(xué)與生物傳感等領(lǐng)域表現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。帶有亞波長(zhǎng)小孔的金屬薄膜在一定條件下會(huì)出現(xiàn)異常光學(xué)穿透（EOT）現(xiàn)象，該現(xiàn)象一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便引起了研究者的廣泛關(guān)注，雖然對(duì)其產(chǎn)生的物理本質(zhì)存在爭(zhēng)議，但普遍認(rèn)為與SPPs量子共振密切相關(guān)。為進(jìn)一步探討和了解 EOT與SPPs共振之

2、間的聯(lián)系，本文在前人的研究之上，設(shè)計(jì)了幾種不同的周期性結(jié)構(gòu)，通過(guò)時(shí)域有限差分（FDTD）的數(shù)值模擬方法，研究了它們異常穿透的電磁場(chǎng)分布和透射光譜，詳細(xì)分析了其產(chǎn)生的物理機(jī)制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在周期性狹縫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其電場(chǎng)分布，我們?cè)谕干涔獾某錾浔砻媲度刖匦伟疾?，并通過(guò)二維數(shù)值模擬具體研究了結(jié)構(gòu)的透射特性。通過(guò)改變凹槽的大小、位置、以及結(jié)構(gòu)的周期等參數(shù)，研究了透射光譜的變化規(guī)律以及在共振時(shí)的電磁場(chǎng)分布圖，并從理論上

3、分析了共振最大透射率變化的原因，也進(jìn)一步驗(yàn)證了SPPs共振在增強(qiáng)透射時(shí)所起的重要作用。⑵研究了嵌有凹槽的周期性方形小孔結(jié)構(gòu)的異常穿透現(xiàn)象。與周期性狹縫相比，周期性小孔結(jié)構(gòu)類似于波導(dǎo)，它具有截止波長(zhǎng)。將凹槽嵌入前后透射光譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)凹槽的嵌入會(huì)降低光波的透射率。在保持小孔結(jié)構(gòu)不變情況下，改變凹槽的長(zhǎng)度、寬度、深度、距離小孔的位置，以及結(jié)構(gòu)周期和入射光的偏振方向，具體探究了透射光譜的變化特性。⑶基于金屬周期性結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)透射，將周期性圓柱