基于超表面的窄带抗透射模及其应用研究

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超表面是一种特殊的超材料,呈二维或者平面结构。迄今为止,未发现天然的超表面材料,通常是人工结构。因此,它的一些特殊性质是自然界材料所不具备的,例如负磁导率、负介电常数等。合理设计它的结构和尺寸,它能够在很多领域获得广泛应用。表面等离激元(SPPs)是存在于金属-电介质界面上的一种特殊类型的表面电磁振荡。在光学状态下,入射波的电磁场与金属表面附近的电子等离子体相互作用,因此激发沿界面传播的集体振荡,该相互作用非常强烈,以至于电磁场被严格限制在界面上。SPPs能打破常规衍射极限,为纳米级器件中实现高度集成光路提供了最有前途的方法,得到了人们的广泛关注。近年来,研究表明在某些基于SPP的结构中可能会发生类似电磁诱导透明(EIT)的效应,称为等离激元诱导透明(Plasmon-induced Transprancy PIT)。但是相对于电磁诱导透明,PIT由于具有带宽大,易于与纳米等离子结构集成,能够在室温下工作等优点,因而被认为是代替EIT的办法之一。与PIT模式相反,在透明的较宽频带中可能存在狭窄的抗透射模式(PIAT),并且可能具有广泛的应用,而目前对抗透射共振的关注不多。在本文中,提出了一个在介电基板上的金属超表面结构,其单元结构由两个开口纳米环组成。通过沿纳米环的相反方向旋转打破对称性,在透射光谱中形成多个共振模式。其中在1198.2nm处出现尖锐的共振模式,被称为PIAT,在1522.2nm处出现PIT现象。我们研究了产生PIAT和PIT的统一机制。这是因为入射光与电子相互作用激发沿金属纳米环的等离子波。在某些情况下,等离子体波会在环中产生共振,由裂环累计的模式耦合会导致自抵消或者自增强,抗透射模的出现就是因为等离子体波的自抵消。PIT是等离子波的自增强。通过改变诸如开口环的开口宽度、旋转角度、开口环尺寸等结构参数和结构对称性,详细研究了几何参数对所设计的开口谐振环器件的传输特性的调控特性。通过增加纳米环开口的宽度会使得PIAT和PIT曲线的强度增加。这些共振对背景材料的类型高度敏感,我们探究了其在传感方面的应用。品质因数Qss为127,性能因子Fo M可达57,最小可测折射率为0.0077。灵敏度可到710nm/RIU。对于设计高敏感背景折射率传感器具有参考。理论上可以为生物传感提供平台,可以用于检测癌变组织和健康的组织。
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