摘要：基于光学异常透射现象的光纤传感器,因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点,在化学、生物医学等领域有广泛的应用前景。但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器,限制了基于光学异常透射现象的光纤传感器的发展。针对这一问题,提出了模板转移法在光纤端面加工金属周期纳米结构,并搭建实验系统对应用该方法制作的光纤传感器的传感特性及其物理机理进行了研究。实验结果表明,模板转移法能够很好地完成在光纤端面加工高质量的周期金属纳米结构。应用该方法制作的光纤传感器具有很好的传感特性,传感器的最高灵敏度达到594.45nm·RIU^(-1),品质因数值达到33.12。

摘要：本文介绍了作者最近在《自然》杂志(Nature,2008,452:728—731)发表的一项解释光学异常透射的微观理论。该理论建立了描述异常透射的一个金属表面等离子体(sur-faceplasmonpolariton,SPP)模型,通过比较模型预言的结果和严格求解Maxwell方程组全矢量方法的数值计算结果,发现在可见光及近红外波段,该模型能够定量给出异常透射的所有主要特征,从而验证了该模型的有效性。由于模型中仅保留了SPP而忽略了其它金属表面波,因此能够单独考察SPP在异常透射中的贡献,有助于调和之前不同观点间的争论。同时,由于该模型将二维孔阵列分解为一维孔链的周期组合,然后综合考虑各孔链处SPP的激发及散射过程,因此能够从微观层面分析形成异常透射的物理原因,解释了传统模式展开方法中表面Bloch模式的物理根源,同时能够为相关器件的设计提供理论指导。

摘要：本文讨论了如何在大学物理单缝的夫琅禾费衍射课堂演示实验中引入当前光学领域研究前沿的一个重要物理现象-亚波长金属缝异常光学透射现象.基于数值模拟,比较了在夫琅禾费衍射实验条件下,纳米尺寸单缝的异常光学透射和微米尺度单缝衍射的特点,讨论并指出纳米单缝的异常透射特征是纳米尺度光与物质强相互作用的反映,而这种强相互作用在微米尺度单缝的夫琅禾费衍射中是不显著的.最后对用于课堂演示的衍射实验装置的设计进行了讨论.

摘要：本文设计了多层膜金属狭缝阵列,并用有限元方法研究了该阵列的透射特性.结果表明,与传统的单层薄膜金属狭缝阵列相比,多层膜金属狭缝阵列可以实现介质层内局域电场增强,并在透射光谱中产生多个透射峰.此外,本文还研究了介质层的厚度、位置周期等对多层膜金属狭缝阵列透射特性的影响,这些结果将对调节透射峰的位置及更深刻理解多层膜金属狭缝的光学异常透射现象具有一定的指导意义.

摘要：金属单缝纳米结构因为结构简单、易于集成,常用在基于表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)的纳米结构中构建光源.但是,金属亚波长单缝结构一直存在透射率低的问题,如何提高其透射率一直是研究的重点.为了更好地提高金属亚波长单缝的透射率,本文对之前文献提出的分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector,DBR)和金属银薄膜纳米缝结构进行改进,在金属银薄膜两侧设计凹槽.当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面上和银膜入射侧凹槽一起激发的塔姆激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)和SPPs,以及纳米缝和银膜出射侧凹槽对的SPPs同时激发,利用凹槽激发的SPPs和银膜表面处的TPPs-SPPs混合模式的干涉相长耦合作用,通过塔姆激元的局域场增强效应和两侧凹槽与单纳米缝的干涉相长耦合作用进一步提高了表面等离极化激元模式的激发效率,再加上纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,使纳米缝的透射率得到增强.本文采用有限元方法研究了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝加凹槽的透射特性.经过一系列参数优化,使DBR-银纳米缝凹槽结构的最大透射率增加到0.22,相对于TiO_2-银纳米缝结构的透射率(0.01)提高了22倍,比文献[23]得到的最大透射率0.166有所提高.研究结果在纳米光源设计、光子集成电路和光学信号传输等相关领域具有一定的应用价值.

摘要：为了实现宽频透射，设计了内嵌矩形腔的楔形金属狭缝结构，并用有限元方法研究了其透射特性。结果表明，内嵌矩形腔的楔形金属狭缝阵列在红外范围内可以实现宽带、广角度的增强传输。并且与直缝结构对比光是强烈局域在狭缝出口处。用传输线理论来描述这种现象。此外，还讨论了入射极化角度、狭缝入口宽度、楔形狭缝的中心偏置等因素对透射的影响。这些结果对光信号传输、宽带传输和近场光采集装置的设计具有一定的指导意义。

摘要：针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题,设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性,分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异,并讨论了物理参数对十字缝隙分形纳米天线异常透射特性的影响及分形尺寸与非分形尺寸下的纳米天线透射谱变化关系。结果表明,较于均匀十字缝隙结构,十字缝隙分形结构实现了光的异常透射及全2π透射光束相位调控,尺寸更小型化,半波宽(FWHM)更宽,透射率更高,最高可达99.51%;通过调整物理参数,透射谱呈现出红移或蓝移的特性,实现了透射谱的可控性;同时,当h=50 nm时,FWHM约为356 nm,透射率仍高达95.66%,普遍高于传统结构;并且在大入射角度(70°)下,峰值透射率仍旧大于74%。总之,较于其他纳米天线结构,十字缝隙分形纳米天线具有宽频、可控可调、结构更微型化等特点,且实现了光的异常透射。

摘要：金属纳米结构由于表面等离激元(Surface Plasmons, SPs)的激发,能够将自由空间的光辐射能量有效耦合到高度受限的表面模式,从而在金属表面纳米尺度范围内形成极大增强的局域场,对宽频带光的收集与激发具有重要意义.为实现金属纳米结构的宽频带高透射率,本文设计了一种复合矩形孔洞式金属微纳结构,并应用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了该结构的透射特性.结果表明,与单孔洞阵列相比,该复合孔洞式结构具有光场增强及可调节性等诸多优势,且在透射光谱中可产生多个透射峰.矩形孔洞长度与宽度是影响光透射的主要因素:随着矩形孔洞宽度b的增大,该结构的最大透射率由中心波长526 nm对应的79.7%增大到中心波长为611 nm时对应的88.3%,透射带宽与透射率均有所提高;而矩形孔长度a的变化则会产生奇特的多峰值现象,透射率最高达到93%,透射峰的半高宽最大为354 nm.此外,本文还讨论了中心方孔的边长对该结构阵列透射特性的影响.该研究结果对增强光学透射理论研究的进展以及在新型光学传感器、滤波器、光学透明电极等领域的应用发展有一定的指导意义及应用价值.