电磁波照射在具有亚波长周期孔阵的导体片上,会 在特定频率处观测到透射峰,这就是透射增强现象。近十年来,随着人们对透射增强现象研究的不断深入和扩展,表面等离子体光电子学应运而生。伪表面等离子体 理论(Designer Surface Plasmons: DSPs)是低频段表面等离子体光电子学的基础。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”。2009年,武汉国家光电实验室的太赫兹光电子学团队的刘劲松教授 等人曾提出一种利用DSPs对亚波长孔阵反常透射进行控制的新方法(Opt. Exp.2009,19, 12714)。这种方法在金属平面上构造了两组方孔阵列,其一是尺寸和周期略小于波长的通孔,其二是尺寸和周期远小于波长的凹槽(或无限深通孔)。大通孔 阵列支持的透射增强现象将因为微小凹槽阵列引入的DSPs而发生红移。由于这种方法是基于等效介质理论建立起来的,所以它只能预测和解决微小凹槽和微小无 限深通孔支持DSPs的情况。这种理论上的限制,给实际的样品制备带来了困难,因此,至今还未出现针对该方法的实验论证。
为了解决这些问题,武汉国家光电实验室太赫兹光 电子学团队的王可嘉博士和丁岚博士在刘劲松教授的带领下,对混合圆孔阵列中DSPs导致的透射峰红移进行了系统的理论和实验研究。首先,该团队提出了一种 基于等效偶极子理论的方法来研究DSPs导致的透射峰红移,这种方法与过去使用的等效介质理论相比,能够解析描述各种深度的微小凹槽或微小通孔支持的 DSPs,包括极端的无限深或无限薄情况,这就给样品的制备带来了更多的灵活性。其次,该团队巧妙利用印制电路板技术(PCB),制作了适用于微波波段的 大孔与小孔的混合阵列样品。与东南大学崔铁军教授的研究团队密切配合,在微波国家重点实验室进行了微波透射实验,证实了DSPs对透射增强现象的调制,同 时也验证了理论模型的正确性。这些研究结果对表面等离子体光电子学具有重要意义:第一,为DSPs的存在以及它所导致的透射峰红移提供了新的实验证据;第 二,所提出的理论模型为分析类似的亚波长混合孔阵列提供了理论支持。目前,该团队正在太赫兹波段开展相应实验,为未来制造新型THz功能器件提供实验依 据。
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