表面等离子体激元研究现状及应用.docVIP

外表等离子体激元研究现状及应用

黄增盛

〔桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004〕

摘要：外表等离子体激元〔SPPs〕是在金属和介质界面传播的一种波动模式，本文主要讨论了的一些根本特性，概述了现在阶段主要的一些激发产生的方式。描述了在集成光通信上的应用，比方基于外表等离子体激元的纳米激光器、新型波导和SPPs耦合器等纳米光子器件。分析了外表等离子体共振(SPR)技术在生物及医疗领域的新应用，并对其在治疗癌症方面的技术原理进行了讨论。介绍了SPPs在新型光源和能源领域的开展和应用情况，最后讨论了SPPs在光存储方面的快速开展。

关键词：外表等离子激元；外表等离子体共振；纳米激光器

Theresearchsituationandapplicationsofsurface

plasmonpolaritons

HuangZeng-sheng

(SchoolofInformationandCommunicationEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China)

Abstract:Surfaceplasmonpolaritons(SPPs)isinawavepatternofdielectricandmetalinterfacecommunication,somebasicpropertiesarediscussedinthispaper,anoverviewofthemainstagegeneratednowsomeway.Describedintheapplicationofintegratedopticalcommunication,suchasnanolasers,novelwaveguideandSPPscouplerbaseonthesurfaceplasmon.Analysisnewtechnologyappliesofthesurfaceplasmonresonance(SPR)inbiologicalandmedicalfields,andtheprincipleofthetechniqueinthetreatmentofcancerarediscussed.IntroducingtheSPPsdevelopmentandapplicationinthenewfieldofenergysource,andfinallydiscussedtherapiddevelopmentofSPPsinopticalstorage.

Keywords:Thesurfaceplasmonpolaritons;Thesurfaceplasmonresonance;Thenanolasers

外表等离子体激元(SurfacePlasmonPolaritons,SPPs)是光和金属外表的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式,或者说是在局域金属外表的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。它既具有光子学的速度，又具有电子学的尺度，能够在亚波长结构中对光进行约束和操控，被喻为目前最有希望的纳米集成光子器件的信息载体。目前，SPPs光波导、亚波长孔径的增强透过现象以及光控高速光开关从实验和理论上都得到了广泛的论证。伴随着纳米科技的蓬勃开展，许多有趣的外表等离子体光学器件不断向前推进，在各个领域发挥着越来越重要的作用。

SPPs的根本特性

外表等离子体激元是指光子与金属外表的自由电子相互作用而被俘获，外来光子电磁场激发引起金属中电荷密度涨落产生的电磁模式，它沿着金属外表传播，是一种倏逝外表波，满足麦克斯韦方程[2]。

图1外表等离子体激元在金属与介质外表附近的电荷震荡示意图

如图1所示，在一个平坦的半无限金属外表，假定金属与介质的界面位于yz面，x=0，而法线方向为x轴。入射光的磁场沿y轴方向入射到界面上，外表等离子体激元沿z轴方向传播，x＞0的区域是真空或者其他介电材料，其介电常数为ε1；x＜0的区域为金属，其介电常数为ε2，金属的介电常数的实部是负值，即Re(ε2)＜0。介质(或真空)和金属中的电场分别为E1和E2，磁场分别为H1和H2，波矢分别为k1和k2，外表等离子体激元波矢为kspp，真空中的波矢为k0，根据麦克斯韦方程，设定电磁场的形式如下:

在x＞0区域:

〔1〕