科学研究

利用伪表面等离子体效应控制亚波长孔阵的反常透射研究

来源:武汉光电国家研究中心   作者:  发布时间:2009年10月12日  点击量:

当电磁场照射在一块具有亚波长周期孔阵的金属薄片上时,透射谱中某些特定的频率附近将出现峰值,这种现象称为反常透射(或透射增强)。反常透射现象具有十分丰富的物理内涵,在光学集成和探测成像等领域有着重大价值,多年来人们对它的研究逐渐形成了一门全新的交叉学科——表面等离子体亚波长光学。近年来,随着太赫兹技术的进步,人们对反常透射的研究逐渐从光频段扩展到太赫兹及微波频段。众所周知,金属的表面等离子体在太赫兹及微波段不能被激发,于是,为了解释低频段反常透射现象的物理机制,人们提出了一种“ 伪表面等离子体”(designer surface plasmons)理论。该理论认为,当金属表面亚波长孔阵的周期和孔径远远小于入射波长时,整个结构将对电磁波进行整体响应,形成一种色散曲线与表面等离子体激元十分相似的电磁模式,因此称之为“ 伪表面等离子体”。使用该理论对太赫兹频段的亚波长结构进行研究,已成为表面等离子体光学当前的热点之一。

武汉国家光电实验室姚建铨院士、刘劲松教授领导的太赫兹光电子学团队提出了一种利用伪表面等离子体效应对亚波长孔阵反常透射进行控制的方法。该方法的模型如下:在一块金属薄片上引入远小于波长的方形凹孔阵列,并在这种人工表面上穿凿孔径略小于波长的通孔阵列。当电磁波照射到模型上时,将在凹孔阵列上激发起伪表面等离子体,而伪表面等离子体透过通孔阵列将发生反常透射现象。研究结果表明,通过改变尺寸远小于波长的凹孔阵列的几何及光学参数,能够对通孔阵列产生的反常透射峰的光谱位置进行调制,这就大大改进了人们对二维阵列结构反常透射进行控制的方式,对于表面等离子体光学在低频段特别是太赫兹频段的应用,提供了一种灵活而可行的途径。该项工作得到了“ 973”计划(2007CB310403)和武汉国家光电实验室研究基金(P080008)的资助。研究成果已在Optics Express上发表(Jinsong Liu, Lan Ding, Kejia Wang, Jianquan Yao, Opt. Exp. 17, 1271412722 (2009))。

(责任编辑:姚远)