亚波长金属孔阵表面等离子体增强透射现象的研究

摘要

自从1998年Ebbesen小组发现了超常光学透射现象，已经有很多关于通过金属纳米孔阵的共振增强透射方面的研究。这些研究成果为在纳米尺度上对光实现控制打开了新的局面，并且已经有越来越多的应用集中于光电子和传感技术。但是，关于这种超强透射的物理机制，众说纷纭，争论也很激烈，所以为了有效地利用这种超常透射现象，弄清隐藏在其中的机理很重要。本文试图通过对不同金属纳米孔阵增强透射现象的研究，来探索引起增强透射的机理。
　　我们用聚焦离子束刻蚀的方法在金膜中制作了多种二维晶体，测量了通过这些晶体的透射谱，发现透射谱曲线的形状和波峰的位置强烈地依赖于孔阵排列方式和孔间距。我们从实验上证明了产生于金属/空气和金属/玻璃界面的水平表面等离子体共振机制在增强透射现象中起了主要作用，从理论上解释了每个共振峰产生的机理及其与晶体结构常数的对应关系，由于表面等离子波矢与倒格矢向量的耦合，增强了某些入射波长的透射。我们还对对不同晶体的增强透射效应作了对比。准晶结构呈现出比其他晶体更宽的表面等离子体共振峰，这是由于这种结构中存在着多种结构常数，从而可以为多种表面等离子体模式提供匹配。近场扫描光学图像也为表面等离子调制的增强透射现象提供了直观的依据。这些性质使得准晶结构在宽带表面等离子体器件中的应用成为可能。
　　由于聚焦离子束不能制作大面积的金属图形，在研究和应用二维晶体的增强透射效应方面产生了很多限制，所以我们用Lloyd平面镜干涉仪的方法搭建了一个激光干涉光刻平台。此方法简单、快捷，而且能制作大面积的金属图形，将会成为我们研究金属亚波长孔阵结构的重要工艺方法。