【摘 要】
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近几年,随着微加工技术的发展,光学共振天线成为纳米光子学的一个研究热点。在无线电通信中,人们用无线电天线实现了在空间传播的电磁波和导线传输的电流之间的转换;在纳米光学领
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近几年,随着微加工技术的发展,光学共振天线成为纳米光子学的一个研究热点。在无线电通信中,人们用无线电天线实现了在空间传播的电磁波和导线传输的电流之间的转换;在纳米光学领域,利用光学天线实现传输场和局域场之间的转换。共振时,在光学天线附近可以获得极大的局域场增强,在近场探测、光刻、近场光控制等方面都有着很重要的应用。在本论文中,我们用有限时域差分(FDTD)方法对三明治结构的光学天线的共振和场增强性质进行了一系列的研究。
⑴通常的光学天线只有一层金属结构,我们增加了一层介质和一层金属,构成三明治结构的三角和领结形天线。三明治结构光学天线有着更多的共振模式,通过对天线结构的控制,可以调控天线的共振和场增强特性。我们首先利用FDTD方法计算了三明治三角天线和三明治领结天线的近场散射谱,得到天线的共振峰,利用共振时的电流分布确定所对应的共振模式。计算表明,三明治结构天线的模式可分为对称和反对称两种,这种能量的劈裂可以用天线的两个金膜表面的等离激元杂化来解释。对称模式的共振峰处在频率较高处,反对称模式的共振峰处在频率较低处。
⑵通过调节天线的长度,我们将三角天线、三明治三角天线和领结天线的共振峰移至830mm,计算场增强随波长的变化。发现三明治三角天线的反对称模式的半宽为80nm,比其它结构和模式的半宽窄很多。原因是反对称模式金属中传输的能量所占的比例较小,拥有更小的损耗。而领结天线天线的场增强是最大的。
⑶为了对共振特性调控的同时,获得最大的场增强,我们研究了三明治领结天线的特性。我们将对称模式的共振峰调整到830nm,由于对称和反对称模式的重叠,在获得很大的场增强的同时,获得了从735nm到1120nm达385nm的半高宽,极大地扩展了天线的工作波段。同时,在反对称模式的共振波长处,在天线的中心形成了一个光频的四极场,可以用于对带电粒子的约束。
⑷对三明治三角结构的反对称模式的二阶共振峰进行了研究,发现由于反对称模式的二阶共振峰和一阶对称模式的共振峰非常接近,造成天线的模式在这两种模式之间转化。
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