基于表面等離激元的環(huán)形腔光學(xué)特性的研究.pdf

1、表面等離激元(surface plasmon)是指在入射光的激發(fā)下，當(dāng)金屬導(dǎo)帶的自由電子的振動(dòng)頻率與入射光子的頻率相匹配時(shí)，電磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射和吸收共振效應(yīng)。周期微納金屬環(huán)形腔可以激發(fā)表面等離子體波，并且這些特定波長(zhǎng)的波會(huì)被束縛在狹縫腔內(nèi)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)的局域增強(qiáng)效應(yīng)。表面等離激元光學(xué)特性的相關(guān)研究稱為表面等離激元學(xué)領(lǐng)域，它主要是研究亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)可調(diào)控特性，因此可應(yīng)用于生化折射率傳感器，熒光增強(qiáng)，表面紅外增強(qiáng)，光探測(cè)器，納米天線以

2、及太陽能電池研究等領(lǐng)域。
　　設(shè)計(jì)了兩種六角密排的周期環(huán)形腔結(jié)構(gòu)（環(huán)形狹縫腔陣列結(jié)構(gòu)和環(huán)形斜槽腔陣列結(jié)構(gòu)）。利用時(shí)域有限差分算法對(duì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行了仿真探究。仿真結(jié)果表明，在線性偏振光入射時(shí)，環(huán)形腔內(nèi)可以形成多重圓柱形表面等離激元諧振，諧振波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)和大小與環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)相關(guān)。根據(jù)光譜以及電矢量的模場(chǎng)分布分析發(fā)現(xiàn)，在諧振波長(zhǎng)處的入射光能量大部分在環(huán)形腔內(nèi)損耗，諧振波長(zhǎng)處的反射率為極小值，環(huán)形腔內(nèi)的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)最大。諧振波長(zhǎng)與環(huán)形腔

3、的結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)，諧振波長(zhǎng)在可見光到近紅外范圍內(nèi)可調(diào)。通過對(duì)比相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的單個(gè)環(huán)形腔以及環(huán)形腔陣列的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，周期排布對(duì)環(huán)形腔內(nèi)的圓柱形表面等離激元吸收峰位置影響不明顯，只是加強(qiáng)了共振強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性不隨入射光偏振方向的改變而改變。對(duì)于相似特性的金屬材料，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的光學(xué)響應(yīng)。共振波長(zhǎng)的可調(diào)控性對(duì)于表面拉曼增強(qiáng)和表面等離激元共振傳感器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有指導(dǎo)性意義，且應(yīng)用于折射率傳感器時(shí)靈敏度可達(dá)1