金属纳米狭缝光束准直的理论和实验研究

• 作 者: 华一磊
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

近些年来,金属表面等离激元引起了很多人的关注。表面等离激元是一种能在金属表面传播的电磁波的模式。由于最近的微纳米加工技术的巨大发展,使得利用金属表面等离激元来实现很多功能器件成为现实。本论文主要从理论和实验两个方面研究了金属表面等离激元在微纳光学中的若干应用。　　
本论文首先研究了金膜表面周期性打孔结构的光波增透现象。我们制作了一系列不同尺寸和周期的打孔结构,通过对样品的测量,发现打孔金膜的增透现象是由于表面等离激元共振和孔内波导模式共同作用的结果。为了对这种现象有更加深刻的认识,我们运用基于平面波的传递矩阵方法进行理论上的模拟,发现理论和实验符合得很好,有力地支持我们的结论。　　
本论文还对周期调制的金属纳米刻槽对光束准直的现象进行了深入的理论和实验研究。首先我们发展了一套基于模式展开的传递矩阵方法,这种方法可以很好的计算近红外波段的金属材料的光学性质,在这个波段很多种理论方法都会失灵。然后利用这种方法分析了通过周期调制的刻槽使表面波产生散射而引起的准直现象,并且分析了表面等离激元和光栅结构的各种耦合的方法。　　
为了研究可见波段的金属纳米狭缝准直现象,以及在这个波段因为金属的吸收而对准直的影响,我们利用时域有限差分方法进行了深入的理论研究。发现在吸收比较强的波段,准直现象会明显的减弱。同时我们还对可见波段的准直现象做了实验上的研究,利用微加工的方法制作了一系列用于准直的样品,搭建了一套简单而又准确的测量准直现象的光路,对不同的结构进行测量,测量的结果和理论预计有较好的符合。　　
论文提出了一种基于金属表面等离激元在刻槽上的散射对光线聚焦的方法。这种方法物理原理明确,而且可以实现光在任意点的聚焦,并且这种方法对微加工的要求较低,有很好的可行性。