金屬亞波長小孔的光傳輸特性研究.pdf

1、復(fù)旦大學(xué)碩士學(xué)位論文金屬亞波長小孔的光傳輸特性研究姓名：辛騫騫申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：曾韡20100520第一章緒論11引言第一章緒論17世紀以來，眾多研究人員一直致力于研究光在小孔內(nèi)的傳輸理論。當dTL的直徑大于傳輸光的波長時，研究透射和散射現(xiàn)象的主要依據(jù)是惠更斯菲涅耳原理和基爾霍夫衍射理論。由于基爾霍夫衍射理論是霍姆赫茲方程在特定邊界條件下的近似解，用這種方法得到的結(jié)果在孔徑大于波長的情況下是合理的。Hans

2、Bethe的研究表明，當小孔的直徑小于光波長時(亞波長條件)，基爾霍夫的衍射理論就不再成立I。他推倒出了理想無限大金屬平板上亞波長小孔透射率的精確解，他認為亞波長小孑L的透射率應(yīng)該正比于(d／五)4，其中d是小孑L的直徑。1998年，Ebbesen[2]研究組首次觀察到了金屬薄膜上亞波長孔陣列的透射增強現(xiàn)象(extraordinaryopticaltransmission，EOT)。它們的實驗結(jié)果表明光通過銀薄膜上的周期性亞波長小孔陣列

3、的透射強度要比光通過相同尺寸單個小孑L的投射強度大1000倍。該現(xiàn)象近年來得到廣泛的關(guān)注，研究人員紛紛從理論和實驗上來闡釋該現(xiàn)象的原理【3g】，并探索它潛在的應(yīng)用前景。在理論研究方面，研究者最初認為入射光激發(fā)了金屬和介質(zhì)界面的表面等離子體極化激元(surfaceplasmonpolarition，SPP)，并與之共同作用，從而形成了EOT現(xiàn)象[912】，但由于SPP模型的預(yù)測值與測量值存在較大的差異，也有很多學(xué)者嘗試用散射理論來解釋EO

4、T。在實用性上，這種現(xiàn)象在化學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景，它可以應(yīng)用于近場顯微光學(xué)[1619]、納米光刻【20】、強光非線性光學(xué)[2123]，并由此設(shè)計全新的與表面等離子體相關(guān)的集成光器件，例如光模擬器和光開關(guān)[2425]等。目前主要有兩種獨立的理論來解釋EOT現(xiàn)象，一個是表面等離子體極化激元(SPP)，另一個是衍射理論。當EOT現(xiàn)象首次別Ebbesen研究組報道時，他們就是用SPP來解釋這種現(xiàn)象的【2]，現(xiàn)在這種理論仍被大多數(shù)學(xué)者

5、所接受【5，2628】。接受這種理論的學(xué)者認為，通過表面等離子(surfacePlasmon，SP)的色散關(guān)系和周期性結(jié)構(gòu)的動量補償方程，可以精確的預(yù)測EOT的峰值的位置。但事實上這種理論的預(yù)測值和實驗值仍有一定的差別【9】。這種差別可能主要來自兩個方面：首先SP理論是建立在長波近似(五》d)的基礎(chǔ)上的，這就意味著sP和小孑L的形狀和大小并沒有關(guān)系，其次目前的SP理論都限于處理一個金屬和介質(zhì)的界面，并且假設(shè)金屬和介質(zhì)都是無限厚的，而實際