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纳米孔阵列的透射增强现象在许多领域都具有重要的应用和前景。采用时域有限差分(FDTD)方法对金属薄膜纳米孔阵列的透射增强特性进行了模拟研究。针对圆孔半径、薄膜厚度、阵列周期以及不同材料等因素进行了分析,讨论了不同参数条件下透射增强谱线的变化规律。研究表明大的圆孔半径和薄的薄膜厚度有利于提高透射性能,另外孔阵列周期较大时不利于增强透射。探讨了不同小孔形状对透射增强的影响,并采用矩形孔阵列进行了对比。最后通过改变薄膜材料计算了相应的透射性能。
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51, 033101(2014)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2014《中国激光》杂志社
033101-1
金属纳米孔阵列透射增强的数值研究
杨文旭
1
宋鸿飞
1*
雷建国
2
1
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022;
2
长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
摘要 纳米孔阵列的透射增强现象在许多领域都具有重要的应用和前景。采用时域有限差分(FDTD)方法对金属薄
膜纳米孔阵列的透射增强特性进行了模拟研究。针对圆孔半径、薄膜厚度、阵列周期以及不同材料等因素进行了分
析,讨论了 不同参数 条 件下透射 增强谱线的 变化规律。 研究表明大 的圆孔半径 和薄的薄膜 厚度有利于 提高透射 性
能,另外孔阵列周期较大时不利于增强透射。探讨了不同小孔形状对透射增强的影响,并采用矩形孔阵列进行了对
比。最后通过改变薄膜材料计算了相应的透射性能。
关键词 薄膜;透射增强;表面等离子体;纳米孔阵列;时域有限差分
中图分类号 O484.4 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.033101
Numerical Study on Transmission Enhancement of Metallic
Nanohole Array
Yang Wenxu
1
Song Hongfei
1
Lei Jianguo
2
1
School of Optoelectronic Engineering, Changchun University of Science and Technology,
Changchun, Jilin 130022, China
2
School of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun, Jilin 130022, China
Abstract Transmission enhancement of nanohole array has very important applications and prospects in many
fields. Numerical simulation on transmission enhancement of metallic nanohole array is performed with finite-
difference time- domain (FDTD) method. The factors such as round hole radius, film thickness, array cycle, and
different materials are analyzed, and changing trend of transmission enhancement spectrum is discussed under
the conditions of different parameters. Studies show that large round hole radius and thin film are helpful to the
improvement of transmission enhancement, and larger hole array cycle is not conducive to transmission
enhancement. The effect of different shape of nanohole on transmission enhancement is discussed, and
rectangular hole array is used for comparison. Finally by changing thin film material the corresponding
transmission performance is calculated.
Key words thin films; transmission enhancement; surface plasmons; nanohole array; finite-difference time-domain
OCIS codes 310.6628; 310.6860; 240.6680
1 引 言
随着纳米光刻及相关 技术的迅速发展,关于金属薄膜中纳 米孔阵列的透射增强特性受到普遍关注
[1-3]
,
研究发现表面等离子体激元在其中起到了重要作用
[4]
。表面等离子体激元是由光和金属表面自由电子的相
互作用引起的一种电磁波模式
[5]
,它局限于金属与介质界面附近,能形成局域近场增强,在众 多领 域均有着
重 要 应 用
[6]
。 早 在 1944 年 ,Bethe
[7]
针 对 无 限 薄 的 圆 孔 的 光 透 射 情 况 进 行 了 理 论 分 析 ,预 测 透 射 效 率
η ∝
( )
r λ
0
4
,其中 λ
0
为入射波长,说明当孔的尺寸小于波长时,光的透射效率很低。而如果将金属薄膜纳米
小孔组成阵列结构,由于表面等离子体激元的 作用 ,可以 产生更大的透射效率。1998 年,Ebbesen 等
[8]
发现
收稿日期: 2013-11-05; 收到修改稿日期: 2013-12-10; 网络出版日期: 2014-02-20
基金项目:国家自然科学基金(11075026)
作者简介:杨文旭(1989—),男,本科生,主要从事测控技术与仪器专业方面的研究。E-mail: yangwxu@163.com
*通信联系人。 E-mail: songhongfei_cust@163.com
本文电子版彩色效果请详见中国光学期刊网 www.opticsjournal.net
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