分子型非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)中的等離激元諧振效應(yīng).pdf

1、在亞波長范圍內(nèi)金屬微納結(jié)構(gòu)與光的相互作用會(huì)產(chǎn)生許多異常的光學(xué)效應(yīng)，這些效應(yīng)通常與表面等離激元(Surfacce Plasmon，SP)在納米腔陣列結(jié)構(gòu)中的不同諧振模式及其諧振模式之間的耦合有關(guān)。本論文基于非對稱等離激元諧振模式間的相互耦合，提出了一種在光頻范圍內(nèi)構(gòu)筑分子型超結(jié)構(gòu)材料的新方法，通過所設(shè)計(jì)的若干非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)，研究了其中耦合的等離激元諧振模式及其所表現(xiàn)出的光學(xué)特性，這些特性對于表面等離激元諧振傳感、增強(qiáng)拉曼散射傳感

2、、非線性光學(xué)以及增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的光電轉(zhuǎn)換等應(yīng)用領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在構(gòu)成和內(nèi)部耦合機(jī)制方面，這些非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一種具有超結(jié)構(gòu)的分子型晶體光學(xué)材料，類似于由共價(jià)鍵分子組成的固態(tài)電子晶體材料，因此，我們也稱為分子型非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)。本論文主要對以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　(1)基于表面等離激元波在金屬/絕緣體/金屬M(fèi)IM波導(dǎo)末端反射率系數(shù)的算法，用解析方法研究了在MIM納米腔中的表面等離激元諧振，并與

3、FDTD數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，闡述了用該方法計(jì)算表面等離激元(SP)反射系數(shù)的適用性。這個(gè)研究對于相關(guān)微納結(jié)構(gòu)中等離激元諧振的物理分析和目標(biāo)設(shè)計(jì)有重要意義。
　　(2)提出一種在透明介質(zhì)襯底上具有非對稱超薄雙金屬條的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)。由于相鄰雙金屬條激發(fā)的反對稱束縛表面等離激元諧振模式(ab-SP)發(fā)生反對稱相消干涉，在阻帶中出現(xiàn)了一個(gè)很窄的透射峰（即等離激元誘導(dǎo)透明）。我們通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了并用一個(gè)微觀模型來解釋，即在寬

4、透射低谷中形成一個(gè)窄峰的微觀相互作用過程被認(rèn)為是通過不同透射通道相互協(xié)作的結(jié)果。這種分子型非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)的超薄特性便于制造，而且其優(yōu)越的性能具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)提出一種在金屬襯底上具有非對稱雙金屬條的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)，這種分子型非對稱金屬納米腔陣列結(jié)構(gòu)通過在每一個(gè)亞波長周期中激發(fā)相互耦合的反對稱諧振模式，來限制等離激元的漏光輻射，從而實(shí)現(xiàn)對入射光的完美捕捉。具體的結(jié)構(gòu)是在平整的金屬襯底上有一層介質(zhì)層，其

5、上是超薄的雙金屬條陣列。反相位諧振模式在金屬條下面被激發(fā)，當(dāng)雙金屬條寬度之間存在適當(dāng)差值，就能夠完美的捕捉光。囚禁的光被金屬完全吸收，與雙金屬條寬度相等的對稱結(jié)構(gòu)相比，局域場也被增強(qiáng)。這個(gè)研究工作提供了一種設(shè)計(jì)超結(jié)構(gòu)光學(xué)材料的新方法，即通過等離激元諧振模式間的相互耦合作用來操縱光。
　　(4)提出一種在金屬襯底上具有非對稱凹槽（例如不同的深度）的等離激元諧振腔陣列結(jié)構(gòu)，它利用反相諧振模式之間的相互協(xié)作來增強(qiáng)等離激元納米結(jié)構(gòu)的光囚禁