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.pdf

1、在亞波長范圍內(nèi)金屬微納結(jié)構(gòu)與光的相互作用會產(chǎn)生許多異常的光學效應，這些效應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。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，通過所設計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)出的光學特性，這些特性對于表面等離激元諧振傳感、增強拉曼散射傳感

2、、非線性光學以及增強光與物質(zhì)相互作用的光電轉(zhuǎn)換等應用領域有潛在的應用價值。在構(gòu)成和內(nèi)部耦合機制方面，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)的分子型晶體光學材料，類似于由共價鍵分子組成的固態(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方面進行了研究:
　　(1)基于表面等離激元波在金屬/絕緣體/金屬MIM波導末端反射率系數(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)果進行了對比，闡述了用該方法計算表面等離激元(SP)反射系數(shù)的適用性。這個研究對于相關微納結(jié)構(gòu)中等離激元諧振的物理分析和目標設計有重要意義。
　　(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)了一個很窄的透射峰（即等離激元誘導透明）。我們通過數(shù)值模擬驗證了并用一個微觀模型來解釋，即在寬

4、透射低谷中形成一個窄峰的微觀相互作用過程被認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用價值。
　　(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)，當雙金屬條寬度之間存在適當差值，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。這個研究工作提供了一種設計超結(jié)構(gòu)光學材料的新方法，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)作來增強等離激元納米結(jié)構(gòu)的光囚禁