金膜上亚波长小孔阵列表面等离激元颜色滤波器偏振性质

金属薄膜上制备的表面等离激元颜色滤波器具有很强的颜色可调性.在200nm厚的金膜上,通过聚焦离子束刻蚀,制备一系列周期逐渐变化的圆形、方形、矩形亚波长尺寸小孔方阵列表面等离激元颜色滤波器,改变入射光的偏振方向,观察其超透射滤波现象.研究发现:对于矩形小孔阵列,其透射光颜色随入射光偏振方向的变化而改变;而对于圆形、方形的小孔阵列,其透射光颜色对入射光的偏振方向并不敏感.分析表明,对于金膜上刻蚀的小孔结构,虽然结构的周期性导致的表面等离激元极化子会对透射光的颜色变化产生一定影响,但是随小孔形状变化的局域表面等离激元共振才是影响透射光颜色的决定性因素.如果入射光没有在小孔中激发出局域表面等离激元,则表面等离激元极化子对透射光的影响也会消失.根据不同形状小孔周期结构透射光颜色随入射光的偏振变化特点,制备出了包含两种小孔形状的复合周期结构.随着入射光偏振方向的改变,该结构会显示出不同的颜色图案.

金属亚波长小孔的光传输特性仿真模型

用三维全矢量有限元时域差分方法计算了亚波长单孔以及二维周期性孔阵列的超透射特性,分析了平面波光源通过金属圆孔点阵后,透射曲线随着点阵周期、孔径、金属薄膜厚度、介质材料和金属材料变化的规律,以及局域表面等离子体和表面等离子体共振对超透射现象的影响.证实了表面等离子共振对透射曲线中透射谷的位置起到决定性作用,而透射峰的位置除了受到介质、金属材料和点阵周期的影响之外,还会随着金属薄膜的厚度的减薄和亚波长圆孔孔径的增大出现红移.用聚焦粒子束刻蚀制备了金/氧化硅演示结构,实测与仿真结果具有较好的一致性.

表面等离子体激元透镜设计及其数值计算

提出了一种新的表面等离子体激元透镜的设计方案,该方案通过在两个亚波长小孔的外表面放置电介质光栅实现对入射光束的有效会聚。利用遗传算法研究了波导中表面等离子体激元的色散关系,结果表明,通过调节亚波长小孔的宽度和介电常数可以有效地调控有效折射率,从而实现对亚波长金属平板波导结构中表面等离子体激元传播特性的调控。利用时域有限差分方法(FDTD)结合完美匹配层(PML)边界条件数值模拟了此结构中的光场分布,讨论了光栅周期数对成像特性的影响,从而深入理解了纳米聚焦效应的物理机制。结果显示,随着表面光栅数的增多,焦距和焦斑大小都在增加。光栅数从5增加至11时,焦距由1.715μm增大至2.325μm,焦斑大小由0.615μm增大至1.715μm,这一结构有可能被用作未来集成光路中的纳米聚焦器件。

基于空心碳球的超黑涂层的制备与性能研究

针对空间光学系统中的杂散光抑制难题,设计并制备了基于空心碳球(HCS)的超黑涂层。对涂层的颜基比进行优化,发现在最佳颜基比1∶2的条件下,可获得高达0.983的太阳吸收比,结合力等级为2级,符合应用要求。研究表明:在涂层成膜过程中,黏合剂并未进入HCS中空部分,保留的亚波长小孔可有效降低涂层表观折射率,从而降低涂层在太阳波段上的反射率;HSC团聚形成的颗粒有助于涂层形成微米级陷光结构,进一步提高涂层的太阳吸收比。