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在Ebbesen发现不透明金属屏上二维亚波长孔径阵列的增强透射效应之后,电磁波在金属亚波长结构中的传播特性逐渐成为研究的热点问题。对金属亚波长结构的增强透射的解释有表面等离子体激发解释、类Fabry-P′erot共振解释和复合衍射衰逝波解释等。
为了研究亚波长孔径的增强透射效应,本文把传输线理论引入到单一亚波长金属孔径的增强光学透射效应中,综合类Fabry-P′erot共振解释把金属孔径看成传输线,将电流在传输线上的传输和类Fabry-P′erot腔联系起来;把孔径的出射面看成是传输线的输出端,综合复合衍射衰逝波解释将出射面的电流看成一种局域的衰逝电流,电流经传输线在传输线的输出端以天线辐射的形式辐射电磁波。综合表面等离子体激发解释,把孔径边缘的场增强看成局域表面等离子激发引起的。利用传输线模型系统研究了金属亚波长结构的透射特性,其中对三类金属亚波长结构即单个金属亚波长狭缝、单个金属亚波长矩孔和单个金属亚波长圆孔的透射的机理、透射场的近场分布进行了分析,并把传输线模型计算的结果和其它方法得到的结果作了比较,得到了相同的结论。并得到了以下一些成果:
(1)完成了传输线模型的构建,并得到了与数值方法和实验一致的结果,证实了增强透射峰随金属膜后的红移现象。
(2)用传输线模型讨论了亚波长孔径的透射峰,通过引入一个与入射光波长和孔径在入射电场偏振方向的宽度有关的相位因子,讨论了亚波长孔径增强透射中类Fabry-P′erot共振效应的影响,得到了增强透射波长的公式。
(3)分析了在平行于入射光偏振方向上,亚波长圆孔透射场的近场分布,证实了局域表面等离子体激发在增强透射中的作用,讨论了随着膜后距离的增加所导致的出射光斑形貌变化。
本文研究的单一金属亚波长孔径的透射属性,为今后研究金属亚波长光栅和金属亚波长孔径阵列等复杂亚波长结构的传输特性提供了理论基础。并为开发基于亚波长孔径增强透射的亚波长元件提供了可靠的理论依据。