電磁波照射在具有亞波長周期孔陣的導體片上,會 在特定頻率處觀測到透射峰,這就是透射增強現(xiàn)象。近十年來,隨著人們對透射增強現(xiàn)象研究的不斷深入和擴展,表面等離子體光電子學應(yīng)運而生。偽表面等離子體 理論(Designer Surface Plasmons: DSPs)是低頻段表面等離子體光電子學的基礎(chǔ)。該理論認為,當金屬表面亞波長孔陣的周期和孔徑遠遠小于入射波長時,整個結(jié)構(gòu)將對電磁波進行整體響應(yīng),形 成一種色散曲線與表面等離子體激元十分相似的電磁模式,因此稱之為“偽表面等離子體”。2009年,武漢國家光電實驗室的太赫茲光電子學團隊的劉勁松教授 等人曾提出一種利用DSPs對亞波長孔陣反常透射進行控制的新方法(Opt. Exp. 2009,19, 12714)。這種方法在金屬平面上構(gòu)造了兩組方孔陣列,其一是尺寸和周期略小于波長的通孔,其二是尺寸和周期遠小于波長的凹槽(或無限深通孔)。大通孔 陣列支持的透射增強現(xiàn)象將因為微小凹槽陣列引入的DSPs而發(fā)生紅移。由于這種方法是基于等效介質(zhì)理論建立起來的,所以它只能預(yù)測和解決微小凹槽和微小無 限深通孔支持DSPs的情況。這種理論上的限制,給實際的樣品制備帶來了困難,因此,至今還未出現(xiàn)針對該方法的實驗論證。
為了解決這些問題,武漢國家光電實驗室太赫茲光 電子學團隊的王可嘉博士和丁嵐博士在劉勁松教授的帶領(lǐng)下,對混合圓孔陣列中DSPs導致的透射峰紅移進行了系統(tǒng)的理論和實驗研究。首先,該團隊提出了一種 基于等效偶極子理論的方法來研究DSPs導致的透射峰紅移,這種方法與過去使用的等效介質(zhì)理論相比,能夠解析描述各種深度的微小凹槽或微小通孔支持的 DSPs,包括極端的無限深或無限薄情況,這就給樣品的制備帶來了更多的靈活性。其次,該團隊巧妙利用印制電路板技術(shù)(PCB),制作了適用于微波波段的 大孔與小孔的混合陣列樣品。與東南大學崔鐵軍教授的研究團隊密切配合,在微波國家重點實驗室進行了微波透射實驗,證實了DSPs對透射增強現(xiàn)象的調(diào)制,同 時也驗證了理論模型的正確性。這些研究結(jié)果對表面等離子體光電子學具有重要意義:第一,為DSPs的存在以及它所導致的透射峰紅移提供了新的實驗證據(jù);第 二,所提出的理論模型為分析類似的亞波長混合孔陣列提供了理論支持。目前,該團隊正在太赫茲波段開展相應(yīng)實驗,為未來制造新型THz功能器件提供實驗依 據(jù)。
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