亚波长对称性破缺单元结构孔阵列的表面等离子体特性

摘要

金属微纳结构的增强光透射特性是表面等离子体光学的一个研究热点，其在纳米光子器件、分子探测以及生命科学等领域有着重要的应用。本论文采用时域有限差分（FDTD）方法，探究了对称性对手性及非手性单元结构亚波长金属薄膜孔阵列增强光透射特性的影响，进而揭示了表面等离子体效应对单元结构特征的依赖性，主要内容如下： （1）基于3D-FDTD方法，数值研究了周期性亚波长十字形（非手性）金属薄膜孔阵列的增强光透射特性。研究结果表明十字形金属薄膜孔阵列的透射特性受表面等离子体效应影响，其中十字形的宽度及长度的改变将导致孔内形成的LSP共振改变，进而对十字形金属孔阵列的增强光透射特性产生显著影响。同时发现十字形孔阵列单元结构对称性对其透射特性有重大影响，当单元结构垂直于偏振方向对称性破缺时，在垂直于偏振方向将形成非对称的LSP共振，进而导致红外波段透射峰出现分裂，而平行于偏振方向对称性破缺时，孔内并未形成非对称的LSP共振，因而并未引起红外波段透射峰的分裂。 （2）在探究单元结构对称性对十字形（非手性）孔阵列增强光透射性影响的基础上，采用3D-FDTD方法，数值研究了通过改变矩形臂长度形成的破缺万字形（手性）金属薄膜孔阵列的增强光透射特性。结果表明单元结构对称性对破缺万字形孔阵列光学特性有很大影响，并且与单元结构对称性对十字形孔阵列增强光透射的影响存在显著差异。对于破缺万字形孔阵列，当单元结构在平行或垂直于偏振方向对称性破缺时，孔内都将形成非对称的LSP共振，进而引起红外波段透射峰出现分裂。同时发现周期性亚波长破缺万字形金属孔阵列的增强光透射特性也与金属薄膜的厚度及阵列周期密切相关。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 表面等离子体基础理论及其增强光透射特性

1.1.1 表面等离子体的色散关系

1.1.2 表面等离子体的激发方式

1.1.3 周期性亚波长金属孔阵列的增强光透射现象

1.2 平面手性微结构的光学特性

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要内容

第2章 时域有限差分（FDTD）方法

2.1 麦克斯韦方程及其FDTD形式

2.2 数值稳定性

2.3 边界条件的设置

2.3.1 吸收边界条件

2.3.2 周期性边界条件

2.4 本章小结

第3章 亚波长十字形金属孔阵列的EOT特性

3.1 十字形孔阵列的计算模型及其EOT特性

3.2 形状特征对十字形孔阵列EOT特性的影响

3.2.1 十字形长度固定，改变宽度

3.2.2 十字形宽度固定，改变长度

3.3 对称性破缺对十字形孔阵列EOT特性的影响

3.3.1 平行于偏振方向对称性破缺

3.3.2 垂直于偏振方向对称性破缺

3.4 本章小结

第4章 亚波长破缺万字形金属孔阵列的EOT特性

4.1 破缺万字形孔阵列的计算模型

4.2 万字形孔阵列与破缺万字形孔阵列的光透射特性比较

4.3 对称性对破缺万字形孔阵列EOT特性的影响

4.3.1 平行于偏振方向对称性对破缺万字形孔阵列透射特性的影响

4.3.2 垂直于偏振方向对称性对破缺万字形孔阵列透射特性的影响

4.4 结构参数对破缺万字形孔阵列EOT特性的影响

4.4.1 薄膜厚度的影响

4.4.2 阵列周期的影响

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢