基于连续金属膜对称光栅结构的完美吸收特性

提出一种在连续金属膜两侧放置对称介质光栅来实现完美吸收的方案.在银膜厚度为20 nm,晶格常数为400 nm,介质折射率为1.46的情况下,得到最大吸收系数为99.47%.此时,吸收谱的线宽为2.53 nm,品质因子Q为296.06.研究发现,在完美吸收时,入射光的反射和透射受到有效抑制,吸收系数的相位梯度达到最大.完美吸收由长程表面等离子激元(LRSPP)决定,它的电场主要分布在银膜的外侧并形成驻波状,传输损失很小.当银膜厚度减小时,吸收谱线的线宽逐渐减少,而Q值增大.当厚度降到12右时,得到最小线宽0.98 nm和最大Q值760.0左右.完美吸收时的锐利吸收曲线和较高的品质因子可用于高灵敏度的微纳米传感器的设计与应用.

金属膜圆孔阵列异常透射特性的波导机制

对线偏振平面波垂直入射到亚微米金属膜圆孔阵列的透射谱进行了研究,优化结构参数后得到的最大透射率可达0.896,远大于圆孔阵列的孔填充比,突破了传统理论的预期。对金属膜圆孔阵列的电场分布、波导模式、相位特征及色散关系等进行了分析,研究了基于金属膜圆孔波导的异常透射机制。研究发现,表面Bloch波的存在使得金属膜圆孔阵列的上方形成了一套二维周期性的光晶格,并且光晶格的电场分布中心正好在金属膜圆孔部分的上方。当光晶格的电场模式与圆孔中的横向本征电场模式匹配时,将导致较大的耦合效率。如果电场模式沿着圆孔传播时满足相位匹配条件,就能保证圆孔中的光能从圆孔中有效地耦合出来,进而形成较大的透射率。该机制不但可以解释较厚的二维金属膜圆孔阵列的光频段异常透射现象,而且适用于太赫兹波段。如果在圆孔中填充大折射率介质,还可以实现波长远大于孔半径情况下的较大透射率。