介质覆层下金属周期结构变化对TE波异常透射特性的影响

摘要

1998年Ebbesne小组首先在试验中发现,用一束单色光垂直照射在具有亚波长周期性小孔阵列的金属薄膜时发现,在某些特定波长的光波入射时会出现极强的异常透射现象,从此带有亚波长孔径的金属薄膜的异常透射问题迅速成为国际上的一个研究热点,各国学者都进行了大量的实验和理论研究。
　　 依据传统的透射理论,TE偏振波在亚波长波段不能像TM偏振波那样激发表面等离子体,不能产生异常透射现象。本章研究内容是在TE波激励下,金属狭缝阵列电介质覆层对产生的异常透射现象开展了模拟实验研究,通过研究异常透射的透射光谱及光强分布图分析得到了一些有益的研究结果。本文的主要工作有两方面;
　　 (1)在TE波激励下,根据金属光栅结构变化对异常透射特性影响的需要,建立了相应的模型,应用时域有限差分(FDTD)方法分别计算了单缝结构、多缝结构、不同宽度、不同周期等结构下的透射分布特征,从而得到添加凹槽会对金属表面能量的传递起阻碍作用;透射频域宽度随薄膜宽度增加而增加;随狭缝宽度的增加,分布曲线包略线趋于平坦,主透射峰左边透射曲线分布基本不变,而主透射峰以及右边的透射曲线分布变宽;单个狭缝的透射与多周期结构相比,透射率曲线几乎重合等等一些重要的结论,为亚波长金属光栅异常透射的研究提供了有价值的理论依据。
　　 (2)利用时域有限差分法(FDTD)分别计算了狭缝添加介质的亚波长金属光栅在TE偏振光激励下,不同结构参数对应的的透射分布及光场能量分布特征。从而得到透射峰位置与狭缝宽度、光栅厚度以及光栅周期的动态关系,发现了在TE波激励下,狭缝添加加电介质的亚波长金属光栅结构中,有明显的异常透射现象。通过对比金属光栅在不同厚度、不同狭缝宽度、不同周期下的透射率以及光场能量分布,我们发现光栅狭缝腔的深度(光栅厚度)和宽度(狭缝宽度)对异常透射透射峰位置起决定性作用,为下一步亚波长金属光栅异常透射的研究提供了有价值的理论依据。