周期排列的电介质小球所诱发的金属-电介质表面上的表面等离子激元的光学性质

研究了金属板的上下表面附近各放置一层按周期排列的电介质小球的体系的光学性质.用多重散射法计算的结果显示金属上侧的周期性排列的电介质小球可诱发金属-电介质表面上的表面等离子激元.这些表面等离子激元的存在可通过非常尖锐的吸收峰反映出来.对于无限厚的金属板，这些吸收峰的峰值位置主要与电介质小球的周期有关，且与解析理论符合得相当好.在有限厚度的金属板中，金属板的两侧表面会产生对称和反对称的两种表面等离子激元，从而使原来在无限厚的金属表面上所出现的单一频率的表面等离子激元劈裂为双频率.由于对称和反对称的表面等离子激元模式在金属板的两侧表面均有相当强的电磁场，因而它们可导致强的电磁波穿透.通过在金属板的下侧加入玻璃球层可将表面等离子激元的电磁场引导出金属，并产生透射波.用多重散射法计算的结果证实，在此体系中由表面等离子激元所引起的透射可达到相当的强度. 对该体系中的物理机理进行了详细分析，从而能够通过调节该体系中的一些参数来控制表面等离子激元出现的频率，使强吸收峰或强透射峰出现在所希望的频率上. 关键词： 表面等离子激元 吸收谱 透射     

周期地嵌入电介质球壳的金属表层的表面等离子激元及其与电介质腔体模式的耦合

通过观察金属底板中周期地嵌入电介质球壳的体系的光学吸收性质，研究了表面等离子激元 以及与其他电磁模式的耦合特性.在这种周期结构的金属表面，发现存在两种响应频率，分 别对应于表面等离子激元模式和金属中的电介质腔体模式.在这些响应频率上，可观察到与 它们相对应的吸收峰.由于金属的表面模式不能与平面入射光直接耦合，而腔体模式与平面 入射光和表面等离子激元模式的耦合一般较弱，因而通常情况下这些吸收峰的峰值有限.然 而，通过调整体系中的某些参数，可以使腔体模式和表面模式的频率非常接近，这时二者之 间的耦合强度将大大提高.此时，在相应的频率附近可观察到极强的吸收峰.详细地研究了介 质球壳的物理和几何参数对此共振吸收的影响. 关键词： 腔体模式 表面等离子体模式 共振吸收     

表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用

当入射电磁波频率与金属微纳米结构中自由电子的集体振荡频率相当时,金属微纳米结构中激发表面等离激元共振,其共振电磁场被强束缚在亚波长尺度以下界面附近,使其具备极大的电磁场局域能力.这一效应可以极大程度地增强电磁波与物质的相互作用,在金属表面等离激元耦合体系中尤为明显.本文简述了表面等离激元耦合效应、模式耦合理论以及对应的结构耦合体系.另外,还介绍了一类典型耦合体系在光谱增强中的重要应用,主要包括增强折射率传感、表面增强红外吸收、表面增强拉曼散射、表面增强光学非线性效应等.     

基于厚金属狭缝阵列的表面等离子激元光刻

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明,通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散,增加表面等离子激元的穿透深度,...     

基于厚金属狭缝阵列的表面等离子激元光刻

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明,通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散,增加表面等离子激元的穿透深度,可获得高分辨率的较大曝光深度的周期和非周期纳米图形,可为纳米激光直写技术提供有益的借鉴.     

介质填充浅槽周期结构表面上的太赫兹表面等离子体激元

通过在金属表面刻成浅的垂直凹槽,并在槽内填充不同的介质,对金属表面浅槽周期结构上传播的表面等离子体激元的色散特性与填充介质的关系进行了研究.研究表明通过在周期凹槽内填充介质可以有效降低人工表面等离子体激元的渐近频率,并增强金属表面对电磁场的约束.分析了太赫兹波段金属的吸收损耗对人工表面等离子体激元特性的影响,结果显示基于填充介质的浅槽周期表面结构可以获得长距离传输以及场的亚波长约束.通过对波传输的数值仿真,验证了该表面结构在太赫兹波段良好的导波能力.这种表面结构对太赫兹波段新型集成导波器件的设计具有参考价值.     

介质填充浅槽周期结构表面上的太赫兹表面等离子体激元

通过在金属表面刻成浅的垂直凹槽,并在槽内填充不同的介质,对金属表面浅槽周期结构上传播的表面等离子体激元的色散特性与填充介质的关系进行了研究.研究表明通过在周期凹槽内填充介质可以有效降低人工表面等离子体激元的渐近频率,并增强金属表面对电磁场的约束.分析了太赫兹波段金属的吸收损耗对人工表面等离子体激元特性的影响,结果显示基于填充介质的浅槽周期表面结构可以获得长距离传输以及场的亚波长约束.通过对波传输的数值仿真,验证了该表面结构在太赫兹波段良好的导波能力.这种表面结构对太赫兹波段新型集成导波器件的设计具有参考价值.     

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35 nm;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。     

带状波导表面等离子激元的透射特性(英文)

为了深入探讨带状波导的表面等离子激元透射特性,采用衍射光栅耦合方式实现表面等离子激元激发,通过改变金属薄膜厚度和入射光角度,得到薄膜厚度、入射光角度与透射率的变化特性.结果表明:金属薄膜厚度的减少会导致透射带宽迅速降低,同时透射率也随之降低;而入射光角度的改变导致透射光效率的变化.这一研究对于半导体设备的纳米等离子激元耦合具有一定的意义.     

二维亚波长金属小孔阵列的透射光增强效应

对金属薄膜上的二维亚波长小孔阵列的光透射增强现象进行了数值模拟，结果显示不仅实际金属薄膜上的小孔阵列结构具有透射增强效应，理想导体薄膜的相同结构也具有透射增强效应，但没有实际金属薄膜的增强明显-通过分析指出，这种小孔阵列的光透射增强效应是一种复杂的波导耦合效应-与金属薄膜上的表面电流一样，表面等离激元波具有将入射光能量从金属表面向小孔转移的作用，但不是透射增强的本质原因- 关键词： 表面电流 共振耦合 透射增强 表面等离激元     

Suppression of radiative losses of surface polaritons on nanostructured thin metal films

The strong electromagnetic coupling between surface plasmon polariton modes on opposite interfaces of a finite thickness periodically nanostructured metal film has been studied. Surface polariton dispersion and associated electromagnetic field distributions have been analyzed. It was shown that at a frequency that corresponds to the crossing of film Bloch modes of different symmetries, the radiative losses of surface polaritons that are related to the polaritons' coupling to light during propagation on the structured surface are suppressed.     

Low-frequency TM modes guided in a dielectric slab deposited on a conducting substrate

A dielectric slab deposited on a conducting substrate can guide different types of electromagnetic modes. We present the study of the lowest-order TM mode, which is a distortion of surface polaritons at the air/substrate and layer/substrate junctions.     

金属纳米球-纳米圆盘结构中表面等离激元共振模式的电磁场增强研究

表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史,并逐渐形成了一门新的学科——表面等离激元光子学.位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强,并成功应用于诸多研究领域当中,而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少.该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间...     

Nonlinear surface plasmon polaritonic crystals

We present an overview of the optical properties of nonlinear surface plasmon polaritonic crystals and their applications to control light with light. Surface plasmon polaritonic crystals are periodically nanostructured metal surfaces or thin metal films that act as two‐dimensional photonic crystals for surface polaritons. Hybritization of such nanostructures with dielectrics exhibiting an optical nonlinear response allows utilization of the electromagnetic field enhancement effects to observe nonlinear effects and bistable behaviour at low light intensities. By changing the geometry of the nanostructured film, the dispersion of the crystal is modified and, thus, electromagnetic mode structure and associated density of states can be controllably tuned in the desired spectral range. This provides enhanced flexibility in engineering the nonlinear optical response of plasmonic crystals in a chosen spectral range for both control and signal wavelengths.     

各向异性特异材料波导中表面等离子体的共振性质

使用时域有限差分法,研究了各向异性特异材料(AMM)作为包层的AMM/介质/AMM波导中表面等离子体的共振性质.色散关系表明,当特异材料为负磁导率的always-cutoff型时,AMM/介质/AMM波导支持TE极化的表面等离子体,表面等离子体的波长随着中间介质层的厚度和特异材料磁等离子体频率的减小而变短.在有限长度AMM/介质/AMM波导中,由于两端界面的反射,表面等离子体模在波导中形成Fabry-Perot共振,而实现亚波长的表面等离子体微腔.在共振频率,电场强度在微腔的中部达到最大值,而磁场分别在两端界面处达到最大,电磁能强局域在中间介质层中,这一性质将在可调的具有强局域特性的亚波长微腔及腔量子电动力学中具有潜在的应用.     

Tamm plasmon polaritons in composite structures composed of the metal film and truncated photonic crystals

Tamm plasmon polaritons (TPPs) are studied theoretically and experimentally in heterostructures and sandwiched structures with the metallic film and truncated photonic crystals. Different from conventional surface plasmon polaritons, TPPs can be realized in both the transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) polarizations, and they can be excited from a free space. Because of nonreciprocal electromagnetic field distributions of TPPs, the structures possess strongly nonreciprocal absorption and reflection. Moreover, two tunneling peaks or a narrow transmission band can be realized in sandwiched structures for both polarizations due to the coupling effect between two TPPs.     

Enhanced light transmission through cascaded metal films perforated with periodic hole arrays

We report experimental results on enhanced light transmission through two periodically perforated metal films separated by a layer of dielectric. A perforated metal film (single metallic structure) exhibits extraordinary optical transmission, and when two such perforated metal films are spaced by a dielectric layer (cascaded metallic structure), the transmission is further increased. The maximum transmission of the cascaded metallic structure, which depends on the distance between the two metal films, can be more than 400% greater than that of a corresponding single metallic structure. It is proposed that the coupling of surface plasmon polaritons between the two metal films is involved in the process.     

Nonzeroth-order anomalous optical transparency in modulated metal films owing to excitation of surface plasmon polaritons: An analytic approach

The problem of anomalous light tunneling through periodically modulated metal films is examined in a purely analytical approach. The approach uses large magnitude of the dielectric permittivity of metals in the visible and near-infrared (it is equivalent to that resulting in the Leontovich boundary conditions for semi-infinite problems). It is shown that the anomalous transparency recently discovered experimentally is caused by the excitation of single-or double-boundary surface plasmon polaritons due to film modulation. Dependences of the resonance transparency on parameters of the problem are analyzed in detail, and the optimum parameters (optimal layer thickness and optimal modulation amplitude) corresponding to extreme values of the transmittance of both zero and nonzero diffraction orders have been found. Classifying the possible types of resonances has allowed the identification of special and nontrivial features of the effect. In particular, we predict strong nonzeroth-order anomalous transparency.