内置金属/电介质同心圆柱的金属孔阵列结构强透射特性

采用有限时域差分(FDTD)法研究了内置金属/电介质同心圆柱结构的材料属性、半径及其相对高度对金属孔阵列强透射特性的影响。发现该结构与内置单一金属、单一电介质和电介质/金属三种不同的同心圆柱结构相比较,光的透射性能得到显著的增强;这种内置金属/电介质同心圆柱结构具有进一步增强表面等离激元与局域表面等离激元共振耦合作用。结果表明,金属、电介质的材料属性对强透射特性影响明显,当金属圆柱为Au、电介质圆柱折射率较小时,其透射性能较好;圆柱半径是影响透射率与共振峰位置的主要因素,半径越大,共振峰红移越明显,但其透射率先增大而后持续减小。同时,金属/电介质圆柱的相对高度也影响透射率大小,当金属圆柱高度为60nm时,其透射性能较好。

几何横向比例对金属孔阵列强透射特性的影响

设计了三种不同的几何横向比例(孔直径与晶格间距的比值)来研究其对金/二氧化硅/硅圆孔阵列组成的光子晶体强透射特性的影响。采用平面波展开法模拟了在三个不同的几何横向比例(0.4;0.5;0.6)条件下硅光子晶体的光子带隙。理论模拟结果发现比例为0.5、由正三角形晶格组成的硅光子晶体能够得到一个较好的具有两个宽带隙且大的中间频率的光子带隙。采用微机电(MEMS)技术制作了比例分别为0.4、0.5和0.6的正三角形晶格圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。实验结果表明,比例为0.5时,该结构能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。

金孔阵列-电介质与金-电介质孔阵列的强透射特性

采用时域有限差分(FDTD)法研究了金膜厚度、电介质折射率及其厚度对金孔阵列-电介质与金-电介质孔阵列两种结构强透射特性的影响。研究发现这两种结构都具有较好的强透射特性,这表明光与金膜表面自由电子的电荷密度波耦合成表面等离子激元(SPP),对增强透射起到了关键作用。金膜厚度是影响强透射特性的主要因素,其衰减长度为35nm;而与金膜相邻的电介质膜厚度对强透射特性影响极小。电介质折射率大小对强透射特性影响明显,折射率为1.8时能够获得较好的强透射特性。

折射率对金属-电介质-金属光子晶体强透射特性的影响

通过改变一个薄电介质层的折射率来研究其对金属-电介质-金属光子晶体(M-D-MPhC)强透射特性的影响。采用与CMOS工艺兼容技术制作了由折射率分别为[nd(SU-8)=1.6,nd(SiO2.1N0.3)=1.6和nd(SiO0.6N1)=1.8]组成的三个正方形晶格圆孔阵列M-D-MPhC结构,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其透射光谱。实验结果发现,金-SiO2.1N0.3-金结构能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰,证明了M-D-MPhC强透射特性既与中间电介质折射率大小有关,又与其材料制作工艺差异有关。采用时域有限差分(FDTD)法模拟了在相同条件下折射率分别为1.6和1.8组成的M-D-MPhC透射光谱和电场强度密度分布,模拟结果较好地符合了实验发现。

阵列类型对金属/电介质光子晶体强透射影响

设计了正方形和正六边形圆孔阵列组成的金属/电介质光子晶体(MDPhC)来研究阵列类型对其强透射特性的影响。采用微机电(MEMS)技术制作了两种具有相同结构参数的正方形和正六边形圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。同时,也对这两种结构进行了时域有限差分法数值模拟。理论模拟和实验测量结果均表明,与正方形圆孔阵列相比,由正六边形圆孔阵列组成的MDPhC能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。