亚波长金属孔阵列单元结构边缘尖端特征对表面等离子体效应的影响

摘要

亚波长金属孔阵列结构中所展现出的增强光透射现象是表面等离子体光学中一个重要的研究方向，其在微纳光学、生命科学工程、能源、通信、军事等领域都有重大的应用价值。本文采用三维时域有限差分方法，探究光与周期性亚波长金属薄膜微结构相互作用过程中单元结构特征对表面等离子体效应的影响，进一步加深对增强光透射现象内在物理机制的理解。主要内容如下：
　　(1)采用三维时域有限差分方法，数值模拟位于石英基底上的周期性亚波长三角形金属薄膜孔阵列结构的 EOT特性。结果表明三角形金属薄膜孔阵列结构的增强光透射特性主要是受金属薄膜表面激发的表面等离子体效应的影响，其中可见光波段主要是受金属微单元结构孔阵列周期P激发的SPPs模式影响，红外波段主要是受小孔中激发的 LSP共振模式影响。同时也发现周期性亚波长金属薄膜孔结构对其 EOT特性的影响与入射光的偏振特性、单元孔形状、单元结构阵列周期、单元孔尺寸等结构参数有关。
　　(2)采用三维时域有限差分方法，数值模拟了位于石英基底上的周期性亚波长圆-尖端孔阵列结构金属薄膜的增强光透射特性。结果表明单元结构边缘尖端特征对表面等离子体效应有比较明显的影响，其中边缘尖端的角度和边缘尖端的个数主要是影响小孔中激发LSP共振模式的能力，进而影响其增强光透射特性；单元结构边缘尖端的分布其实质就等效于入射光偏振特性的影响。当入射光的偏振角度为0°时，单元结构边缘尖端沿偏振轴的方向分布，归一化透射峰峰值最小，沿垂直于偏振轴的方向分布，归一化透射峰峰值最大，并且伴随着出现透射峰红移的现象。
　　本文研究了金属薄膜孔阵列单元结构特征对表面等离子体效应的影响，通过改变单元结构特征可以对光学透射特性进行调控，给基于表面等离子体效应的新型微纳光学原型器件的构筑提供理论指导。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 表面等离子体相关基础理论

1.3国内外研究现状

1.4 本论文的研究内容

第2章 时域有限差分方法

2.1麦克斯韦方程组及其FDTD表示

2.2 数值稳定性和数值色散

2.3边界条件

2.4 本章小结

第3章 三角形孔阵列的EOT特性

3.1计算模型与亚波长三角形孔阵列结构的EOT特性

3.2 形状特征对三角形孔阵列结构EOT特性的影响

3.3 偏振特性对三角形孔阵列结构EOT特性的影响

3.4 结构参数对三角形孔阵列结构EOT特性的影响

3.5 本章小结

第4章 单元结构边缘尖端特征对表面等离子体效应的影响

4.1单元结构的表征与计算模型的建立

4.2 圆形孔与圆-尖端孔阵列结构增强光透射特性的比较

4.3 单元结构不同边缘尖端特征的亚波长金属孔阵列结构的增强光透射特性的比较

4.4 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