表面等離子體激元的量子共振現(xiàn)象及其應用研究.pdf

1、表面等離子體激元（SPPs）是金屬表面上電子與電磁場集體振蕩形成的一種表面電磁波。由于SPPs具有突破傳統(tǒng)衍射極限和局域場增強的特性，它已經(jīng)在納米器件、數(shù)據(jù)存儲、太陽能電池、化學與生物傳感等領域表現(xiàn)出了廣泛的應用前景。帶有亞波長小孔的金屬薄膜在一定條件下會出現(xiàn)異常光學穿透（EOT）現(xiàn)象，該現(xiàn)象一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便引起了研究者的廣泛關注，雖然對其產(chǎn)生的物理本質(zhì)存在爭議，但普遍認為與SPPs量子共振密切相關。為進一步探討和了解 EOT與SPPs共振之

2、間的聯(lián)系，本文在前人的研究之上，設計了幾種不同的周期性結構，通過時域有限差分（FDTD）的數(shù)值模擬方法，研究了它們異常穿透的電磁場分布和透射光譜，詳細分析了其產(chǎn)生的物理機制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在周期性狹縫結構的基礎上，根據(jù)其電場分布，我們在透射光的出射表面嵌入矩形凹槽，并通過二維數(shù)值模擬具體研究了結構的透射特性。通過改變凹槽的大小、位置、以及結構的周期等參數(shù)，研究了透射光譜的變化規(guī)律以及在共振時的電磁場分布圖，并從理論上

3、分析了共振最大透射率變化的原因，也進一步驗證了SPPs共振在增強透射時所起的重要作用。⑵研究了嵌有凹槽的周期性方形小孔結構的異常穿透現(xiàn)象。與周期性狹縫相比，周期性小孔結構類似于波導，它具有截止波長。將凹槽嵌入前后透射光譜進行對比，發(fā)現(xiàn)凹槽的嵌入會降低光波的透射率。在保持小孔結構不變情況下，改變凹槽的長度、寬度、深度、距離小孔的位置，以及結構周期和入射光的偏振方向，具體探究了透射光譜的變化特性。⑶基于金屬周期性結構的增強透射，將周期性圓柱