亞波長金屬結(jié)構(gòu)的光學(xué)透射特性研究.pdf

1、亞波長金屬結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高透射率、低發(fā)散角、能突破衍射極限等特性，近年來受到越來越多學(xué)者的重視。通過調(diào)節(jié)亞波長結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，其透射率、透射峰值波長等會發(fā)生改變，使人們能夠在亞波長尺度上操縱和控制光子；基于此可以設(shè)計新型的光學(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)、光開關(guān)、光學(xué)傳感等。
　　本文用有限差分時域方法研究三種亞波長周期性金屬結(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)對透射率的影響。金膜厚度為300 nm時透射率最高；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??；我們給該一維周期狹縫結(jié)構(gòu)的每個結(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，最高高達88％。當(dāng)遮蓋通光孔的傘狀塞的傘蓋半徑增加至55 nm時，透射率達到最大，并且伴有紅移現(xiàn)象。我們所提出的傘狀塞亞波長孔陣列結(jié)構(gòu)，在不減少導(dǎo)體面積的同時，保證了透過率，這在實

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)和場分布，進一步理解局域等離子共振和表面等離子體共振對異常光透射的影響。通過改變內(nèi)外邊長，我們達到調(diào)控透射率及透射波長的目的，其最大透射率超過90%；內(nèi)邊長增大，增透比變大；間隙增大，透射峰值發(fā)生藍移。場強分布圖顯示，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透射影響可以忽略不計；最大場強分布在中