亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的光學(xué)透射特性研究.pdf

1、亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高透射率、低發(fā)散角、能突破衍射極限等特性，近年來(lái)受到越來(lái)越多學(xué)者的重視。通過(guò)調(diào)節(jié)亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，其透射率、透射峰值波長(zhǎng)等會(huì)發(fā)生改變，使人們能夠在亞波長(zhǎng)尺度上操縱和控制光子；基于此可以設(shè)計(jì)新型的光學(xué)器件和系統(tǒng)，如納米成像、表面等離子體激元耦合器、納米光刻技術(shù)、光開(kāi)關(guān)、光學(xué)傳感等。
　　本文用有限差分時(shí)域方法研究三種亞波長(zhǎng)周期性金屬結(jié)構(gòu)，分別是一維錐形狹縫結(jié)構(gòu)、具有傘狀塞的二維亞波長(zhǎng)孔陣列結(jié)構(gòu)、二維“回”形

2、陣列結(jié)構(gòu)，探討異常光的透射性質(zhì)。具體內(nèi)容如下：
　　我們研究了一維周期錐形金屬狹縫結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變其幾何參數(shù)，如金屬薄膜厚度 h、傾斜角α、周期Λ和下底寬g，研究各參數(shù)對(duì)透射率的影響。金膜厚度為300 nm時(shí)透射率最高；正向照射優(yōu)于逆向照射；周期狹縫之間的間距越大，透射率越大而增透比越?。晃覀兘o該一維周期狹縫結(jié)構(gòu)的每個(gè)結(jié)構(gòu)單元均增加一定厚度的底，透射峰值隨厚度增加出現(xiàn)紅移；金膜厚度增大、周期增大，均出現(xiàn)紅移現(xiàn)象；錐角增大、狹縫寬度增

3、大，均伴隨藍(lán)移現(xiàn)象。從色散關(guān)系出發(fā)，我們推導(dǎo)了狹縫內(nèi)的共振條件，其結(jié)果與用FDTD方法模擬結(jié)果相符。
　　我們研究了一種具有傘狀塞的亞波長(zhǎng)孔陣列結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)狀似小孔被傘蓋遮擋，卻可以實(shí)現(xiàn)透射率的大幅度提高。金膜越薄，透射率越高，當(dāng)金膜厚度為10 nm時(shí)，最高高達(dá)88％。當(dāng)遮蓋通光孔的傘狀塞的傘蓋半徑增加至55 nm時(shí)，透射率達(dá)到最大，并且伴有紅移現(xiàn)象。我們所提出的傘狀塞亞波長(zhǎng)孔陣列結(jié)構(gòu)，在不減少導(dǎo)體面積的同時(shí)，保證了透過(guò)率，這在實(shí)

4、際應(yīng)用方面將有很大的指導(dǎo)意義及應(yīng)用前景，如太陽(yáng)能電池、傳感器等。
　　我們研究了一種“回”形結(jié)構(gòu)，分析其透射性質(zhì)和場(chǎng)分布，進(jìn)一步理解局域等離子共振和表面等離子體共振對(duì)異常光透射的影響。通過(guò)改變內(nèi)外邊長(zhǎng)，我們達(dá)到調(diào)控透射率及透射波長(zhǎng)的目的，其最大透射率超過(guò)90%；內(nèi)邊長(zhǎng)增大，增透比變大；間隙增大，透射峰值發(fā)生藍(lán)移。場(chǎng)強(qiáng)分布圖顯示，共振主要發(fā)生在與入射光偏振方向垂直的狹縫處，而與之平行的狹縫尺寸對(duì)透射影響可以忽略不計(jì)；最大場(chǎng)強(qiáng)分布在中