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混合圓孔陣列中偽表面等離子體引起的透射峰紅移效應(yīng)

丁嵐 來(lái)源:武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌2011-08-29 我要評(píng)論(0 )   

電磁波照射在具有亞波長(zhǎng)周期孔陣的導(dǎo)體片上,會(huì) 在特定頻率處觀測(cè)到透射峰,這就是透射增強(qiáng)現(xiàn)象。近十年來(lái),隨著人們對(duì)透射增強(qiáng)現(xiàn)象研究的不斷深入和擴(kuò)展,表面等離子體...

    電磁波照射在具有亞波長(zhǎng)周期孔陣的導(dǎo)體片上,會(huì) 在特定頻率處觀測(cè)到透射峰,這就是透射增強(qiáng)現(xiàn)象。近十年來(lái),隨著人們對(duì)透射增強(qiáng)現(xiàn)象研究的不斷深入和擴(kuò)展,表面等離子體光電子學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。偽表面等離子體 理論(Designer Surface Plasmons: DSPs)是低頻段表面等離子體光電子學(xué)的基礎(chǔ)。該理論認(rèn)為,當(dāng)金屬表面亞波長(zhǎng)孔陣的周期和孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射波長(zhǎng)時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)將對(duì)電磁波進(jìn)行整體響應(yīng),形 成一種色散曲線與表面等離子體激元十分相似的電磁模式,因此稱(chēng)之為“偽表面等離子體”。2009年,武漢國(guó)家光電實(shí)驗(yàn)室的太赫茲光電子學(xué)團(tuán)隊(duì)的劉勁松教授 等人曾提出一種利用DSPs對(duì)亞波長(zhǎng)孔陣反常透射進(jìn)行控制的新方法(Opt. Exp. 2009,19, 12714)。這種方法在金屬平面上構(gòu)造了兩組方孔陣列,其一是尺寸和周期略小于波長(zhǎng)的通孔,其二是尺寸和周期遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的凹槽(或無(wú)限深通孔)。大通孔 陣列支持的透射增強(qiáng)現(xiàn)象將因?yàn)槲⑿“疾坳嚵幸氲腄SPs而發(fā)生紅移。由于這種方法是基于等效介質(zhì)理論建立起來(lái)的,所以它只能預(yù)測(cè)和解決微小凹槽和微小無(wú) 限深通孔支持DSPs的情況。這種理論上的限制,給實(shí)際的樣品制備帶來(lái)了困難,因此,至今還未出現(xiàn)針對(duì)該方法的實(shí)驗(yàn)論證。

       為了解決這些問(wèn)題,武漢國(guó)家光電實(shí)驗(yàn)室太赫茲光 電子學(xué)團(tuán)隊(duì)的王可嘉博士和丁嵐博士在劉勁松教授的帶領(lǐng)下,對(duì)混合圓孔陣列中DSPs導(dǎo)致的透射峰紅移進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。首先,該團(tuán)隊(duì)提出了一種 基于等效偶極子理論的方法來(lái)研究DSPs導(dǎo)致的透射峰紅移,這種方法與過(guò)去使用的等效介質(zhì)理論相比,能夠解析描述各種深度的微小凹槽或微小通孔支持的 DSPs,包括極端的無(wú)限深或無(wú)限薄情況,這就給樣品的制備帶來(lái)了更多的靈活性。其次,該團(tuán)隊(duì)巧妙利用印制電路板技術(shù)(PCB),制作了適用于微波波段的 大孔與小孔的混合陣列樣品。與東南大學(xué)崔鐵軍教授的研究團(tuán)隊(duì)密切配合,在微波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了微波透射實(shí)驗(yàn),證實(shí)了DSPs對(duì)透射增強(qiáng)現(xiàn)象的調(diào)制,同 時(shí)也驗(yàn)證了理論模型的正確性。這些研究結(jié)果對(duì)表面等離子體光電子學(xué)具有重要意義:第一,為DSPs的存在以及它所導(dǎo)致的透射峰紅移提供了新的實(shí)驗(yàn)證據(jù);第 二,所提出的理論模型為分析類(lèi)似的亞波長(zhǎng)混合孔陣列提供了理論支持。目前,該團(tuán)隊(duì)正在太赫茲波段開(kāi)展相應(yīng)實(shí)驗(yàn),為未來(lái)制造新型THz功能器件提供實(shí)驗(yàn)依 據(jù)。

 

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