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利用表面等离激元调控光传播的研究 童文2014518039一 表面等离基元相关知识（1）概括表面等离激元(SP)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁模。表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用使得表面等离激元具有很多独特的有意义的性质。(2)简介当光波(电磁波)入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式:电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象（3）应用随着表面等离激元理论研究的深入以及各种结构的器件的成功制作，其在光学各领域应用具有巨大的潜力，尤其在解决了一些以往光学长期不能解决的问题，其中包括金属亚波长结构的增透效应在超分辨率纳米光刻、高密度数据存储、近场光学等领域的应用。a折叠表面等离激元在光刻中的应用在光刻技术中，由于存在衍射极限，无法用普通的掩模在可见光波段曝光得到小的结构，在实际工艺中，为了克服衍射极限，一般采用移相掩模技术、离轴照明术、邻近效应矫正等技术。但实现的工艺都比较复杂。支持SPPs的金属掩模就可很容易的克服衍射极限，达到亚波长分辨率。b折叠远场光学透镜成像当倏逝波通过一个特制的金属层时，由于亚波长结构的表面等离子的耦合共振激发，将在后面继续传播下去。再通过探测器探测，获得被观测物的细节信息。这种方法提高了点对点成像技术。但这不是一个严格意义上的远场成像系统，因为亚波长的金属层仍然需处在被观测物体的近场范围内。c折叠负折射及成像器件利用银膜可以实现负折射，并进一步实现成像，其中特点有:(1)负折射率材料与周围介质折射率匹配，表面没有反射;(2)物像之间的距离是透镜厚度的两倍;(3)透镜没有光轴，为平板成像;(4)突破衍射极限，实现超分辨成像。 (4)基本性质表面等离激元是外界光场与金属中自由电子相互作用的电磁模，在这种相互作用下外界光场被集体振荡的电子俘获，构成了具有独特性质的SPPs。在平坦的金属/介质界面，SPPs沿着表面传播，由于金属中欧姆热效应，它们将逐渐耗尽能量，只能传播到有限的距离，大约是纳米或微米数量级。只有当结构尺寸可以与SPPs传播距离相比拟时，SPPs特性和效应才会显露出来。随着工艺技术的不断进步，现今已经可以制作特征尺寸为微米和纳米级的电子元件和回路，在这个领域的研究也迅速开展起来。表面等离激元主要具有如下的的基本性质:1. 在垂直于界面的方向场强呈指数衰减;2. 能够突破衍射极限;3. 具有很强的局域场增强效应;4.只能发生在介电参数(实部)符号相反(即金属和介质)的界面两侧。二利用表面等离激元调控光传播等离激元诱导透明随着对纳米金属颗粒表面等离激元共振的深入研宄，人们开始利用不同模式之间的親合来操控纳米金属颗粒的散射谱线或纳米金属阵列的透射（反射）谱线的线形。洛伦兹线形（被认为是最基本的共振线形，其谱线的形状是对称的。如果系统内存在多个共振模式，在某些条件下，具有不同性质的模式被激发且相互耦合时，共振曲线往往不是各个共振强度的简单相加，而呈现一种有别于洛伦兹共振的非对称线形，一般称之为共振。在共振中有一种特殊的情况，称为等离激元诱导透明（现象。它指的是一个低品质因子，宽带的亮模式和一个中心频率相近，高品质因子，窄带的暗模式相親合。在外界光场的作用下，亮模式直接与光场相作用，产生很宽的吸收带，暗模式通过亮模式间接与光场相作用，使得宽吸收带中出现一个窄的透明带。谱线与量子力学中电磁诱导透明现象（的谱线很相似，都在宽吸收带中存在一个窄带透明窗口。基于表面等离激元共振的的实现比要容易，同时也具有所特有的提高光学介质折射率的性质，因而在非线性光学，超快光开关和光信息存储方面具有应用前景。为了实现现象，人们通常将特殊的纳米金属颗粒排列成二维或三维阵列，制成超材料。年，等人提出基于鱼形结构单元的人工超材料可以实现现象。他们不仅在实验上制备出该材料，测量到了对应透过率谱线的现象，还演示了该材料对脉冲信号的延迟作用，信号的延迟时间达到信号脉宽的，参见图。等人的实验工作频段是，对应单元结构尺寸达十几个毫米，将该结构缩减到几百纳米对纳米加工工艺是很大的挑战，因而目前还没有有关类似工作在光波频段的报道。 (2 ) u型环光学天线的研究研宄者通过实验发现分子的拉曼信号在粗糙金属表面会得到增强。研宄表明，粗糖金属表面不仅影响着分子自发福射的强度，还影响自发辐射的寿命。在表面拉曼增强现象发现后很长一段时间内，由于技术条件的限制，科研