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金纳米圆孔阵列异常光学透射模拟研究
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作者 陈琳 韩雪 《大连理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期221-227,共7页
利用COMSOL Multiphysics对金纳米圆孔阵列的物理场进行模拟,分析不同金属膜厚度、孔径、周期下阵列的光谱和电场分布,探究异常光学透射(extraordinary optical transmission,EOT)的成因.通过分析发现透射峰主要有3个成因:一是材料本身... 利用COMSOL Multiphysics对金纳米圆孔阵列的物理场进行模拟,分析不同金属膜厚度、孔径、周期下阵列的光谱和电场分布,探究异常光学透射(extraordinary optical transmission,EOT)的成因.通过分析发现透射峰主要有3个成因:一是材料本身的带间跃迁特性会导致透射峰;二是金属阵列产生的表面波会激发金属膜背侧的局域表面等离激元,通过散射形成透射峰;三是耦合的表面等离激元转化成波导模式,沿着圆孔传输造成透射峰,该透射峰的频率低于表面等离激元的频率. 展开更多
关键词 异常光学透射(EOT) 表面波 局域表面等离激元 波导
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在课堂演示实验中引入光学异常透射现象 被引量:3
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作者 裴延波 姚凤凤 +1 位作者 张宇 赵远 《大学物理》 2020年第2期34-38,共5页
本文讨论了如何在大学物理单缝的夫琅禾费衍射课堂演示实验中引入当前光学领域研究前沿的一个重要物理现象-亚波长金属缝异常光学透射现象.基于数值模拟,比较了在夫琅禾费衍射实验条件下,纳米尺寸单缝的异常光学透射和微米尺度单缝衍射... 本文讨论了如何在大学物理单缝的夫琅禾费衍射课堂演示实验中引入当前光学领域研究前沿的一个重要物理现象-亚波长金属缝异常光学透射现象.基于数值模拟,比较了在夫琅禾费衍射实验条件下,纳米尺寸单缝的异常光学透射和微米尺度单缝衍射的特点,讨论并指出纳米单缝的异常透射特征是纳米尺度光与物质强相互作用的反映,而这种强相互作用在微米尺度单缝的夫琅禾费衍射中是不显著的.最后对用于课堂演示的衍射实验装置的设计进行了讨论. 展开更多
关键词 单缝衍射 光学异常透射 表面等离激元 光漏斗效应 法布里-珀罗共振腔
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基于光学异常透射现象的光纤传感器的设计与研究 被引量:8
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作者 苑婷婷 黄鹏 +5 位作者 李涵阳 商艳婷 杨兴华 张扬 李寒阳 赵恩铭 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期681-684,共4页
基于光学异常透射现象的光纤传感器,因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点,在化学、生物医学等领域有广泛的应用前景。但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器,限制了基于光学异常... 基于光学异常透射现象的光纤传感器,因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点,在化学、生物医学等领域有广泛的应用前景。但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器,限制了基于光学异常透射现象的光纤传感器的发展。针对这一问题,提出了模板转移法在光纤端面加工金属周期纳米结构,并搭建实验系统对应用该方法制作的光纤传感器的传感特性及其物理机理进行了研究。实验结果表明,模板转移法能够很好地完成在光纤端面加工高质量的周期金属纳米结构。应用该方法制作的光纤传感器具有很好的传感特性,传感器的最高灵敏度达到594.45nm·RIU^(-1),品质因数值达到33.12。 展开更多
关键词 光学异常透射 光纤传感器 金属周期纳米结构 模板转移法
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光学异常透射研究进展 被引量:8
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作者 张鑫 刘海涛 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期118-127,共10页
光学异常透射(extraordinary optical transmission,EOT)现象于1998年首次报道,表现为当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言的数值高若干个数量级。该现象首次显示了金属亚波长结构中表面... 光学异常透射(extraordinary optical transmission,EOT)现象于1998年首次报道,表现为当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言的数值高若干个数量级。该现象首次显示了金属亚波长结构中表面波引起的异常光学效应,是表面等离激元光学(plasmonics)进入活跃发展期的一个标志性事件。本文将从产生机理和相关器件应用两方面,对EOT的研究进展进行简要阐述。首先介绍EOT产生机理的宏观Bloch模式解释和微观表面波解释,以及这两种解释的最终统一;然后介绍EOT在传感、纳米偏光器、滤波、光开关和分子光谱增强等领域的应用;最后是对EOT相关研究的展望。 展开更多
关键词 光学异常透射 金属亚波长结构阵列 表面等离激元 准柱面波 复合波 表面Bloch 模式 传感 纳米偏光器 滤波 光开关 光谱增强
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金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜结构的透射增强效应
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作者 关建飞 俞潇 +2 位作者 丁冠天 陈陶 陆云清 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期288-296,共9页
为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属... 为了采用易于直接激发的塔姆等离激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)实现透射增强现象,本文提出了一种由一维金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜(distributed Bragg reflector,DBR)构成的层状结构.采用有限元法分析了入射光波在DBR-金属交界面上激发TPPs并产生能量高度局域的物理过程.研究表明入射TM光波在金属-DBR交界面上激发的TPPs可以有效地激发金属狭缝内的SPPs模式,当SPPs模式在狭缝内满足类FP谐振的条件就可以使入射光波在该结构中的产生透射增强.在此基础上,分析了狭缝宽度及其占空比对透射谱峰的定量影响.结果显示:周期确定时随着狭缝宽度的增大,峰值透射率则呈现先增大后减小的变化趋势;宽度确定时随着占空比的增大,峰值透射率会呈现单调降低的变化趋势,而透射峰中心波长呈现近似线性蓝移趋势,这为灵活调节异常透射的中心波长提供了一种有效手段. 展开更多
关键词 光学异常透射 金属光栅 塔姆等离激元 类法布里-珀罗共振
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宽频十字缝隙分形纳米天线及其异常透射特性 被引量:2
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作者 刘觉夫 陈娇 +2 位作者 李康康 刘媛媛 朱路 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期59-68,共10页
针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题,设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性,分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异,并讨论了物理参数对十字缝隙分... 针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题,设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性,分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异,并讨论了物理参数对十字缝隙分形纳米天线异常透射特性的影响及分形尺寸与非分形尺寸下的纳米天线透射谱变化关系。结果表明,较于均匀十字缝隙结构,十字缝隙分形结构实现了光的异常透射及全2π透射光束相位调控,尺寸更小型化,半波宽(FWHM)更宽,透射率更高,最高可达99.51%;通过调整物理参数,透射谱呈现出红移或蓝移的特性,实现了透射谱的可控性;同时,当h=50 nm时,FWHM约为356 nm,透射率仍高达95.66%,普遍高于传统结构;并且在大入射角度(70°)下,峰值透射率仍旧大于74%。总之,较于其他纳米天线结构,十字缝隙分形纳米天线具有宽频、可控可调、结构更微型化等特点,且实现了光的异常透射。 展开更多
关键词 纳米天线设计 十字缝隙分形纳米天线 表面等离激元共振 时域有限差分法 光学异常透射
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基于表面等离激元交叉耦合作用的纳米金属双缝异常透射现象 被引量:3
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作者 赵波 杨建军 黄振芬 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期31-38,共8页
利用二维时域有限差分方法研究了非对称纳米金属双缝结构在薄隔层情况下对光波的异常透射特性,以及狭缝长度、狭缝数目和入射角度对透射特性的影响.研究发现,该双缝结构中传导的表面等离激元波通过渗透中间隔层材料产生交叉耦合作用,形... 利用二维时域有限差分方法研究了非对称纳米金属双缝结构在薄隔层情况下对光波的异常透射特性,以及狭缝长度、狭缝数目和入射角度对透射特性的影响.研究发现,该双缝结构中传导的表面等离激元波通过渗透中间隔层材料产生交叉耦合作用,形成对称和反对称耦合模式,导致其透射谱在特定波长位置处形成双共振峰传输和一个透射率为零的透射抑制现象;双缝结构中表面等离激元波交叉耦合作用的本质是其横向电场分量渗入中间隔层材料产生的相互干涉作用,而横向电场分量的初始相位差决定双缝结构中形成的表面等离激元波耦合模式的类型.由于双缝结构的透射极值与各狭缝腔内的法布里-珀罗共振效应密切相关,因此狭缝长度决定透射极值的波长位置,而狭缝数目和入射角度只影响透射峰的传输效率.该双缝结构具备光学滤波和空间分光功能,在新型纳米光子器件领域具有潜在的应用价值. 展开更多
关键词 亚波长金属结构 异常光学透射 时域有限差分方法 非对称纳米金属双缝 表面等离激元
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内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列的宽频异常透射 被引量:1
8
作者 祁云平 张雪伟 +2 位作者 胡月 胡兵兵 王向贤 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第A01期213-218,共6页
为了实现宽频透射,设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构,并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明,内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输。并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传... 为了实现宽频透射,设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构,并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明,内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输。并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传输线理论来描述这种现象。此外,还讨论了入射极化角度、狭缝入口宽度、楔形狭缝的中心偏置等因素对透射的影响。这些结果对光信号传输、宽带传输和近场光采集装置的设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 光学异常透射 表面等离激元 楔形金属狭缝 有限元法
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内嵌矩形腔楔形金属狭缝阵列的宽频异常透射(英文) 被引量:1
9
作者 祁云平 张雪伟 +2 位作者 胡月 胡兵兵 王向贤 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第S1期221-226,共6页
为了实现宽频透射,设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构,并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明,内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输,并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传输线... 为了实现宽频透射,设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构,并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明,内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输,并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传输线理论来描述这种现象。此外,还讨论了入射极化角度、狭缝入口宽度、楔形狭缝的中心偏置等因素对透射的影响。这些结果对光信号传输、宽带传输和近场光采集装置的设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 光学异常透射 表面等离激元 楔形金属狭缝 有限元法
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基于塔姆激元-表面等离极化激元混合模式的单缝加凹槽纳米结构的增强透射 被引量:1
10
作者 祁云平 周培阳 +2 位作者 张雪伟 严春满 王向贤 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期179-186,共8页
金属单缝纳米结构因为结构简单、易于集成,常用在基于表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构中构建光源.但是,金属亚波长单缝结构一直存在透射率低的问题,如何提高其透射率一直是研究的重点.为了更好地提高金属... 金属单缝纳米结构因为结构简单、易于集成,常用在基于表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构中构建光源.但是,金属亚波长单缝结构一直存在透射率低的问题,如何提高其透射率一直是研究的重点.为了更好地提高金属亚波长单缝的透射率,本文对之前文献提出的分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector,DBR)和金属银薄膜纳米缝结构进行改进,在金属银薄膜两侧设计凹槽.当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面上和银膜入射侧凹槽一起激发的塔姆激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)和SPPs,以及纳米缝和银膜出射侧凹槽对的SPPs同时激发,利用凹槽激发的SPPs和银膜表面处的TPPs-SPPs混合模式的干涉相长耦合作用,通过塔姆激元的局域场增强效应和两侧凹槽与单纳米缝的干涉相长耦合作用进一步提高了表面等离极化激元模式的激发效率,再加上纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,使纳米缝的透射率得到增强.本文采用有限元方法研究了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝加凹槽的透射特性.经过一系列参数优化,使DBR-银纳米缝凹槽结构的最大透射率增加到0.22,相对于TiO_2-银纳米缝结构的透射率(0.01)提高了22倍,比文献[23]得到的最大透射率0.166有所提高.研究结果在纳米光源设计、光子集成电路和光学信号传输等相关领域具有一定的应用价值. 展开更多
关键词 光学异常透射 塔姆激元 表面等离极化激元 类法布里-珀罗腔共振
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光学异常透射的微观理论 被引量:21
11
作者 刘海涛 Philippe Lalanne 《中国基础科学》 2008年第3期20-22,共3页
本文介绍了作者最近在《自然》杂志(Nature,2008,452:728—731)发表的一项解释光学异常透射的微观理论。该理论建立了描述异常透射的一个金属表面等离子体(sur-faceplasmonpolariton,SPP)模型,通过比较模型预言的结果和严格求解Maxwell... 本文介绍了作者最近在《自然》杂志(Nature,2008,452:728—731)发表的一项解释光学异常透射的微观理论。该理论建立了描述异常透射的一个金属表面等离子体(sur-faceplasmonpolariton,SPP)模型,通过比较模型预言的结果和严格求解Maxwell方程组全矢量方法的数值计算结果,发现在可见光及近红外波段,该模型能够定量给出异常透射的所有主要特征,从而验证了该模型的有效性。由于模型中仅保留了SPP而忽略了其它金属表面波,因此能够单独考察SPP在异常透射中的贡献,有助于调和之前不同观点间的争论。同时,由于该模型将二维孔阵列分解为一维孔链的周期组合,然后综合考虑各孔链处SPP的激发及散射过程,因此能够从微观层面分析形成异常透射的物理原因,解释了传统模式展开方法中表面Bloch模式的物理根源,同时能够为相关器件的设计提供理论指导。 展开更多
关键词 光学异常透射 金属表面等离子体 准柱面波
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基于Fabry-Perot模型设计亚波长金属狭缝阵列光学异常透射折射率传感器 被引量:5
12
作者 曾志文 刘海涛 张斯文 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第20期170-178,共9页
研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性.采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型,能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件,提出并解释了当透射... 研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性.采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型,能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件,提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时,透射峰能达到最尖锐的状态,给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法.设计得到的透过率谱峰值半高宽δλ可达0.01 nm,对应的溶液折射率测量不确定度δn_s达到2×10^(-6)RIU.系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度,δλ,δn_s,峰值透过率等的影响. 展开更多
关键词 折射率传感器 亚波长金属狭缝阵列 Fabry-Perot模型 光学异常透射
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多层膜金属狭缝阵列的光学异常透射特性 被引量:2
13
作者 聂俊英 张宛 +3 位作者 罗李娜 李贵安 郑海荣 张中月 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2015年第2期16-22,共7页
本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、... 本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义. 展开更多
关键词 光学异常透射 金属狭缝 表面等离极化激元
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风车状MIM结构的光异常透射性质研究
14
作者 赵希希 童章伟 +4 位作者 张钊 程灿儿 黄川洋 唐剑 王咏梅 《广西物理》 2023年第3期24-29,共6页
本文基于“金属-介质-金属”(MIM)多层膜结构,利用FDTD对风车状周期孔阵列模型进行仿真。通过改变孔阵列的尺寸大小、顶角大小、周期大小和入射光偏振角度,研究分析了Ge-SiO_(2)-Ge多层膜风车状孔阵列结构对异常透射光谱的影响。通过结... 本文基于“金属-介质-金属”(MIM)多层膜结构,利用FDTD对风车状周期孔阵列模型进行仿真。通过改变孔阵列的尺寸大小、顶角大小、周期大小和入射光偏振角度,研究分析了Ge-SiO_(2)-Ge多层膜风车状孔阵列结构对异常透射光谱的影响。通过结果可知,其参数变化会使异常透射光谱峰值波长发生移动。除此之外,本结构同时具有透射信号增强且偏振不敏感的独特的光学性质,在雷达探测等领域具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 光学异常透射现象 时域有限差分法 MIM结构
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亚波长结构太赫兹仿表面等离子体波的研究进展 被引量:2
15
作者 张平 孙海舟 《真空电子技术》 2022年第3期1-8,共8页
本文回顾了亚波长孔阵列异常光学透射现象及其物理机制的研究过程,并聚焦于太赫兹波段异常透射现象和在这一现象中起主要作用的仿表面等离子体波。从这种仿表面等离子体波的提出到实验验证以及一些重要的应用,展示了如何通过微纳结构来... 本文回顾了亚波长孔阵列异常光学透射现象及其物理机制的研究过程,并聚焦于太赫兹波段异常透射现象和在这一现象中起主要作用的仿表面等离子体波。从这种仿表面等离子体波的提出到实验验证以及一些重要的应用,展示了如何通过微纳结构来产生这种仿表面等离子体波的方法,并将这种仿表面等离子体波应用到太赫兹电子学辐射源、太赫兹量子级联激光器,太赫兹传输器件和太赫兹辐射调控等方面。通过仿表面等离子体激元来操纵太赫兹波的方法将会对下一代太赫兹光子器件产生有益的影响。 展开更多
关键词 亚波长孔阵列 异常光学透射 仿表面等离子体波
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Plasmonic Field Enhancement for Vibration Spectroscopy at Metal/Water Interfaces
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作者 刘志华 徐倩 刘韡韬 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2016年第1期87-90,I0002,共5页
Electrochemical (EC) reactions play vital roles in many disciplines, and its molecular-level understanding is highly desired, in particular under reactions. The vibration spectroscopy is a powerful in situ technique... Electrochemical (EC) reactions play vital roles in many disciplines, and its molecular-level understanding is highly desired, in particular under reactions. The vibration spectroscopy is a powerful in situ technique for chemical analysis, yet its application to EC reactions is hindered by the strong attenuation of infrared (IR) light in both electrodes and electrolytes. Here we demonstrate that by incorporating appropriate sub-wavelength plasmonic structures at the metal electrode, the IR field at the EC interface can be greatly enhanced via the excitation of surface plasmon. This scheme facilitates in situ vibrational spectroscopic studies, especially using the surface-specific sum-frequency generation technique. 展开更多
关键词 Metal water interfaces Surface plasmon excitation Extraordinary optical transmission
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金属银膜复合亚波长矩形孔阵列的增强透射
17
作者 祁云平 胡兵兵 +2 位作者 张雪伟 龚韩韩 王向贤 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第1期16-25,共10页
金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构... 金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构的宽频带高透射率,本文设计了一种复合矩形孔洞式金属微纳结构,并应用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了该结构的透射特性.结果表明,与单孔洞阵列相比,该复合孔洞式结构具有光场增强及可调节性等诸多优势,且在透射光谱中可产生多个透射峰.矩形孔洞长度与宽度是影响光透射的主要因素:随着矩形孔洞宽度b的增大,该结构的最大透射率由中心波长526 nm对应的79.7%增大到中心波长为611 nm时对应的88.3%,透射带宽与透射率均有所提高;而矩形孔长度a的变化则会产生奇特的多峰值现象,透射率最高达到93%,透射峰的半高宽最大为354 nm.此外,本文还讨论了中心方孔的边长对该结构阵列透射特性的影响.该研究结果对增强光学透射理论研究的进展以及在新型光学传感器、滤波器、光学透明电极等领域的应用发展有一定的指导意义及应用价值. 展开更多
关键词 光学异常透射 时域有限差分法 金属复合纳米结构 表面等离激元共振
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