表面等離子體分束器和亞波長金屬陣列中的幾種新穎效應(yīng).pdf

1、在本論文中，我們研究了兩種單向性很好的表面等離子體激元(Surface Plasmon Polartions, SPPs)激發(fā)源，以及一種表面等離子體波導(dǎo)的分束器。提出了傳統(tǒng)衍射光學(xué)中的離散塔爾博特(Talbot)效應(yīng)在表面等離子體亞波長光學(xué)中的類比。研究了兩種金屬微納結(jié)構(gòu)的透射特性。
　　首先，提出了一種基于單縫腔天線結(jié)構(gòu)的定向 SPPs激發(fā)源。通過改變兩個金屬膜之間的中心距離，可以調(diào)節(jié) SPPs激發(fā)的方向和強度，使其周期性的變

2、化。變化周期利用法布里-珀羅(Fabry-Perot, F-P)干涉理論得到了很好的解釋。通過選擇合適的參數(shù)，最大的分束比可以達到24。因此，該結(jié)構(gòu)可以作為單向性很好的SPPs激發(fā)源。并且發(fā)現(xiàn)狹縫的長度只影響SPPs的激發(fā)強度，對SPPs的分束比沒有影響。提出了一種基于雙縫腔天線結(jié)構(gòu)的定向 SPPs激發(fā)源。與單縫腔天線結(jié)構(gòu)相比，其定向激發(fā)特性更好(最大分束比提高一個數(shù)量級)；由于透過面的表面沒有微結(jié)構(gòu)修飾，其噪聲小。兩種定向 SPPs激

3、發(fā)源都具有可調(diào)性，單向性好，分束比周期性變化等特點。
　　提出了一種含有節(jié)點腔的T型金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal, MIM)波導(dǎo)，可以用其操控SPPs在波導(dǎo)中的傳播。SPPs分束比可以隨著節(jié)點腔位置的改變而呈現(xiàn)周期性變化。當分束比達到最大(或最小)時，可以利用其作為在 SPPs波導(dǎo)中的定向激發(fā)器件。我們利用散射矩陣理論很好的解釋了有限時域差分法(Finite-Difference Time-Dom

4、ain, FDTD)數(shù)值計算的結(jié)果。
　　提出了在亞波長金屬波導(dǎo)陣列中存在的離散表面等離子體Talbot效應(yīng)。與連續(xù)的表面等離子體Talbot效應(yīng)相比，其Talbot自成像效應(yīng)與入射場的周期性分布無關(guān)。Talbot距離可以縮小至亞波長尺寸。Talbot距離可以通過調(diào)節(jié)金屬膜厚度和波導(dǎo)腔寬度而改變。極短的Talbot距離可以達到三分之一入射波長，這是由于相鄰波導(dǎo)腔中表面等離子體之間的強耦合造成的。
　　利用FDTD方法數(shù)值計算