表面等离激元增强光学透射现象研究

摘要

表面等离极化激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是外部电磁场（光波）诱导金属表面自由电子发生集体共振，从而产生沿金属-介质界面传输的电磁振荡波。SPPs的传播常数以及SPPs在模型结构附近激发电场等都与结构参数和形貌特征有着密切的关系。近年来，一系列研究现象揭示表面等离极化激元具有丰富而独特的电磁场性质，这些独特性质是由于表面等离极化激元与金属微纳结构体系相结合产生的。因此SPPs成为具有广泛应用前景的热点研究现象，尤其是对基于SPPs基础的纳米光子器件的研究，以及表面等离子光学研究，引起了国际上科学家们的广泛关注，SPPs在纳米光子学中发挥着及其重要的作用。利用表面等离子体激元构成的光学器件具有一些独特性质，这种光学器件还能够突破衍射极限，从而实现光子与微电子在同一个芯片上集成。
　　本文中以亚波长孔阵列结构的宽频光增强透射现象为核心，主要研究内容如下:
　　(1)对表面等离极化激元(SPPs)的基本电场性质进行了更深入的理论研究学习，更近一步的研究了解表面等离极化激元的激发原理，还了解了表面等离极化激元的应用领域和前景。
　　(2)研究了金属纳米线与金属螺旋结构这样一个复合结构体系的SPP传播特性，具体通过研究计算此结构的透射光谱和稳态电场分布来更详细的研究金属纳米线和螺旋结构之间的SPP耦合效应，结果发现了SPP的耦合效应极易受到螺旋结构形变的影响。继而分别研究了螺旋结构的周期长度、螺旋结构和纳米线之间的距离等参数变化对复合结构传播特性的影响。进一步的分析表明了复合结构透射光谱的形状和透射率与螺旋结构的形貌参数有着密切关系，基于这些现象，我们可以将螺旋结构易于形变而且很容易恢复的特性应用于等离子体传感器方面的研究。
　　(3)鉴于共振峰原理引起的光异常透射现象(EOT)的透射频带较窄，其应用受限，我们还研究了由非共振原理引起的宽频光增强透射，本文设计了一个三维金菱形纳米孔阵列结构，然后重点通过数值计算、仿真模拟的方法分析研究该结构的透射特性，结果发现该结果可以实现宽频EOT现象;文中还研究了金菱形纳米孔阵列结构的各种不同结构参数与入射光偏振方向对结构透射特性的影响，进一步分析发现，透射特效和结构参数密切关联，只有合适的结构参数，才能产生更好的透射特性。
　　(4)本文还研究了内嵌矩形腔楔形金属狭缝结构的透射特性，并对比内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列与无矩形腔楔形金属狭缝阵列的透射特性，结果表明该结构可以实现宽频EOT现象，并且内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列比没有矩形腔的楔形金属狭缝阵列透射率要高。此外，还进一步研究了矩形腔的结构参数和位置对内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列透射特性的影响。这些研究结果都将对设计具有更高透射能力的金属狭缝具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

参考文献

第二章 表面等离极化激元的基本性质及其激发应用

2．1 表面等离极化激元的研究背景

2．2 表面等离极化激元的基本性质

2．3 表面等离极化激元的激发

2．3．1 棱镜耦合

2．3．2 光栅耦合

2．3．3 波导模式耦合

2．3．4 强聚集光束

2．3．5 近场激发

2．4 表面等离极化激元的应用

2．4．1 表面等离极化激元在生物传感器中的应用

2．4．2 表面等离极化激元对于光增强透射的应用

2．4．3 表面等离极化激元对于光学隐身的应用

2．4．4 表面等离极化激元对于超高分辨率成像的应用

2．5 表面等离极化激元的研究意义

参考文献

第三章 金属纳米线和金属螺旋结构之间SPP的耦合效应

3．1 引言

3．2 结构和计算方法

3．3 结果和讨论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 周期性亚波长金属结构的宽频光增强透射特性研究

4．1 引言

4．2 金纳米菱形孔阵列结构的宽频光增强透射

4．2．1 结构和计算方法

4．2．2 实验结果和讨论分析

4．2．3 本节小结

4．3 内嵌矩形腔楔形金属狭缝的增强透射

4．3．1 结构和计算方法

4．3．2 结果和分析讨论

4．3．3 本节总结

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

攻读研究生期间科研情况

致谢