基于表面等離激元亞波長陣列結構強透射特性研究.pdf

1、表面等離激元(Surface Plasmon Polaritons, SPP)是一種存在于金屬/電介質(zhì)界面的特殊電磁模(表面波)；由于SPP具有表面局域、近場增強、亞波長控制光能量等多種特性，使其在生物、化學、光學等眾多前沿領域都具有重要的研究價值；對于SPP的研究是當前納米光電子學的主要學科之一，稱之為表面等離子學(Plasmonics)。而SPP光電器件具備納米級器件尺寸、超高頻等優(yōu)點，有望成為繼傳統(tǒng)電子器件、光子器件后的新一代微納

2、米光電器件，是集成電路工程領域解決現(xiàn)階段器件尺寸與工作頻率受限的基礎；同時，SPP光電器件可突破衍射極限，因而可實現(xiàn)光子-電子集成一體化的新型芯片。
　　本文基于SPP亞波長陣列結構強透射(Extraordinary Optical Transmission, EOT)特性的研究為核心，主要設計并研究兩種陣列結構：①內(nèi)嵌鏡像對稱矩形腔楔形金屬狹縫陣列，②內(nèi)嵌金屬/電介質(zhì)同心圓柱金屬孔陣列；采用時域有限差分(Finite-Diffe

3、rence Time-Domain, FDTD)數(shù)值分析方法優(yōu)化其結構、材料、陣列結構和晶格類型等參數(shù)，并探究其EOT特性。主要研究內(nèi)容及研究成果如下：
　　1.深入調(diào)研表面等離子學學科的歷史研究過程、研究背景及研究現(xiàn)狀，學習并研究SPP的基本物理特性，包括其電磁特性、色散關系、激發(fā)原理及方式，綜述SPP的應用領域和前景。
　　2.設計并研究一種內(nèi)嵌鏡像對稱矩形腔楔形金屬狹縫陣列的 EOT特性，結果表明該陣列結構內(nèi)嵌腔體可進

4、一步破壞類法布里-伯羅腔共振條件，有利于短波長范圍SPP能量局域，同時提高長波長范圍的透射率；形成的光子晶體結構所產(chǎn)生的能帶可調(diào)控禁帶，短波長范圍存在明顯的傳輸禁帶，長波長范圍具有較好的增強透射。這些結果對設計具有更強透射能量的近場光學器件具有一定的指導意義。
　　3.設計并研究一種內(nèi)置金屬/電介質(zhì)同心圓柱金屬孔陣列的EOT特性，結果表明內(nèi)置的金屬/電介質(zhì)同心圓柱結構進一步增強SPP與LSP共振耦合作用，使得光的透射特性顯著增強；