利用时域有限差分方法对共振光学天线特性的研究

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1998年,法国罗易斯、巴斯德大学的Ebbesen小组发现金属薄膜上的纳米小孔阵列能够实现入射光在特定波长下的共振透射增强,其共振透过率远大于由传统衍射理论所给出的值。借助这种由表面等离激元引起的零级透射增强,可以避开光波的衍射效应,有望实现对单个光子的可控操作,因此它引发了对纳米尺度等离激元光学的研究热潮。 纳米尺度光学天线在入射光作用下也具有这种很强的场局域能力和场增强能力。相比于维度相同但是没有馈入间隙的固态金条,这种偶极天线的场要强3个量级。利用这种天线可以实现传播场和局域场之间的高效转换,从而为纳米尺度内的光信息处理和传播控制提供了可能。因此引起了广泛的关注。 本文利用FDTD软件对其中三种对称振子天线以及一种V型振子天线的性质作了计算和分析,发现几种共振光学天线的共振峰发生了较大的红移,红移的原因是光学天线长度和直径的比值比较小造成的,同时也使得天线的带宽比较大。电场最大的增强发生在天线间隙的顶角处,且增强因子依赖于天线结构,其中V形振子天线获得了高达8373倍的光强增强。非共振天线与共振天线相比,其场增强效应要弱很多。这一系列的计算,有利于更全面、更系统地认识光学共振天线的特性,并对光学天线的设计有指导意义。
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