周期性结构的表面等离子体共振性能研究

• 作 者: 刘琼
• 机 构: 中南大学
• 出 处: 中南大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 表面等离子体激元 共振性能 周期性结构 金属纳米粒子阵列 透射谱

表面等离子体激元是由金属表面自由电子和光子相互作用而形成的倏逝波。表面等离子体激元具有低维度、高强度与亚波长三大特性，在未来的纳米光子器件、纳米光电集成等领域有很大的应用潜力，因而受到了广泛的重视，很多理论研究与应用研究正在展开，形成了所谓的“等离子体光子学”（Plasmonics）。本论文也试图阐述表面等离子激元在周期性金属结构中传播的基本物理特性。
本论文的主要工作包括以下三个方面：
1.使用有限时域差分方法，模拟了强耦合金属球形纳米粒子阵列的光学特性。模拟了在不同的粒子半径以及粒子间距时的透射谱。结果表明：这种阵列存在一个光子禁带，且在禁带中存在由等离子体共振引起的超强透射峰。这种等离子体共振峰的波长强烈依赖于纳米粒子的半径以及粒子之间的间距。最后通过共振峰电场分量Ez的瞬时分布来了解等离子体共振峰的更多信息。
2.模拟了含不同面缺陷的金属纳米粒子阵列的透射谱。通过改变特定平面粒子的半径、向不同的方向移动特定平面和移除特定平面的方法来引入面缺陷。结果表明：面缺陷的引入会影响表面等离子体共振波长，且缺陷模的峰值与宽度强烈依赖于缺陷的位置。
3.使用时域有限差分方法，模拟了金属纳米管-薄膜体系的光学特性以及等离子体相互作用。结果表明：等离子体共振峰的波长与强度依赖于金属纳米管-薄膜之间距离、金属薄膜的厚度以及纳米管结构参数X（纳米管内外半径之比）。当薄膜厚度很小时，局域化的与纳米管相关的表面等离子体能够在薄膜上下表面都诱导镜像，因此简并态分裂成两个态。