表面等离子体亚波长金属环形孔光传输特性的研究

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自从1998年Ebbesen小组发现了光透过金属薄膜上阵列的亚波长孔径时会产生异常光学透射现象,随即引发了研究人员极大的热情。其中亚波长金属孔径结构能够支持表面等离子激元共振,为人们提供了一种打破衍射极限,将传统光学推向亚波长纳米光学的方法。本文应用表面等离激元共振对其结构变化非常敏感,且能够导致很强的局域电场增强的特点,设计了不同个数和分布的亚波长金属环形孔结构,并从机理上对其光谱传输特性进行了分析。首先设计了对称亚波长金属双环形孔结构。利用FDTD数值算法对此结构进行仿真计算。结合此结构的特征,在对其光的传输特性研究时引入了金属纳米粒子表面等离子体共振的分析方法。通过逐个对环形孔结构内部金属纳米粒子的电场电荷分布进行仿真,来研究孔内部金属纳米粒子的表面等离子体共振变化规律,以及对完整孔结构的光谱影响。分析对称亚波长金属双环形孔结构,发现存在局域电场增强效应,其光谱特征由于相消共振的作用产生了明显的Fano共振线形。其次在对称亚波长金属环形孔结构的基础上,破坏其对称性从而得到了三种非对称亚波长金属环形孔结构,求解了它的传输光谱,并研究其呈现此光谱的本质原因是由于Fano共振的存在。文中着重研究结构表面等离激元共振的增强和耦合特性,发现非对称环形孔结构明显存在高级子暗场耦合共振特征。通过参数调节实现了这三种结构多重Fano谐振,导致传输光谱特征峰值增多。这提高了亚波长金属环形孔结构的共振调谐性。Fano共振将增加亚波长金属环形孔结构的共振灵敏度,利用这样的传输光谱特征,可拓展它在高灵敏度生物传感中的应用。
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