局域表面等離激元共振是金屬納米粒子表面的自由電子在光子作用下發(fā)生集體震蕩而產(chǎn)生的一種共振現(xiàn)象。提出了一種方體及環(huán)/盤陣列結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)主要由左側(cè)單圓環(huán)和右側(cè)方體及偏心圓環(huán)盤組成。利用時域有限差分算法（FDTD solutions）對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光學(xué)性質(zhì)的探究。仿真結(jié)果表明,當(dāng)線性偏振光入射到金屬表面時,在結(jié)構(gòu)中激發(fā)局域表面等離子體共振現(xiàn)象,表現(xiàn)出明顯的共振效應(yīng),在600～1 700 nm范圍形成了不同位置的共振谷。通過對結(jié)構(gòu)電場電荷仿真圖的對比分析,發(fā)現(xiàn)共振谷是由圓環(huán)內(nèi)所激發(fā)的偶極共振模式與方體及環(huán)/盤激發(fā)的四偶極共振模式相互耦合雜化產(chǎn)生的混合等離子共振而形成的。當(dāng)調(diào)整金屬結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)時,金屬納米顆粒之間的局域表面等離激元共振會因電場耦合效應(yīng)發(fā)生改變,因此法諾共振的產(chǎn)生對于金屬結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)有著極大的依賴性（如左圓環(huán)直徑L、右圓環(huán)直徑R,結(jié)構(gòu)高度H,左圓環(huán)到方體的距離D等）,通過對結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)的改變,可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)共振谷波長位置和共振強(qiáng)度的有效調(diào)控,達(dá)到對結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)可控的目的。由于該結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的非對稱性,進(jìn)一步探究了入射光源偏振方向（即電矢量與x軸的夾角）對結(jié)構(gòu)的共振谷波長位置以及... 

【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020年05期 第1345-1350頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

方體及環(huán)/盤結(jié)構(gòu)的透射譜及陣列結(jié)構(gòu)示意圖

為研究方體及環(huán)/盤結(jié)構(gòu)的透射譜線中三個谷的產(chǎn)生原因, 分析了不同共振波長位置對應(yīng)XY平面上的電場電荷分布圖, 如圖2所示, 在波長入射時電場增強(qiáng)主要集中在左圓環(huán)和方體上[圖2(a)], 此時的電荷分布如圖2(d)左圓環(huán)的內(nèi)外壁具有相同的電荷, 呈現(xiàn)對稱偶極共振模式, 形成超輻射模式, 右側(cè)為偶極環(huán)和偶極盤混合與方體輻射原子組成的整體, 呈現(xiàn)近四偶極共振模式, 形成亞輻射模式, 此時左右兩結(jié)構(gòu)激發(fā)的兩種模式相互反應(yīng)在J1處產(chǎn)生一種混合等離激元模式; 當(dāng)在λJ2時電場增強(qiáng)[圖2(b)]主要存在于左圓環(huán)與方體之間以及內(nèi)小圓盤與右圓環(huán)的夾縫處, 觀察電荷分布[圖2(e)], 此時近場耦合作用更明顯, 左側(cè)圓環(huán)內(nèi)外壁具有相反的電荷, 呈偶極共振模式, 電荷分布不明顯可忽略; 而此時, 右側(cè)圓環(huán)/盤與方體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)近四偶極共振模式, 形成亞輻射模式; 圖2(c)和圖2(f)是該結(jié)構(gòu)在波長λJ3入射時的電場電荷分布圖, 發(fā)現(xiàn)電場增強(qiáng)更多的集中在內(nèi)圓盤邊緣, 電荷圖主要是方體與右偏心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一種新的偶極共振模式, 形成超輻射模式, 抑制輻射損耗減弱, 光譜的線寬較寬。2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對共振谷的調(diào)控分析

保持距離D等其他參數(shù)不變, 直徑L(70～110 nm)變化, 間隔10 nm, 如圖3所示, 由于左圓環(huán)與右側(cè)結(jié)構(gòu)的近場耦合使其在J1處產(chǎn)生偶極共振和四偶極共振模式增強(qiáng), 所呈現(xiàn)的混合等離激元模式間的相互作用增強(qiáng), 且尺寸變大, 共振的電磁場相位延遲增強(qiáng)導(dǎo)致紅移, 故透射譜隨著直徑L的變化發(fā)生紅移, 透射率值減小。圖4 不同右圓環(huán)直徑R的方體及環(huán)/盤結(jié)構(gòu)的 透射譜及共振谷J3的半高寬曲線


本文編號：2910574