金属半壳腔形天线和膜耦合结构中通过表面等离子体激元模式发出的光

该研究论文探讨了金属半壳腔形天线和膜耦合结构通过表面等离子体激元模式发出的光。文中首先介绍了固体光源在房间照明、交通灯和显示屏等多种应用中迅速增长的重要性。固体光源之所以成功，主要得益于其紧凑性、发射光谱和空间控制性、高效率以及相对低廉的制造成本。更进一步，控制光源的辐射速率变得越来越重要。纳米光学的进步表明，金属纳米颗粒能够改变自发发射速率。一个小型金属纳米颗粒可被视为亚波长天线，通过其强大的近场改变辐射衰减率和激发率。由此，提出了光学纳米天线的概念，强调金属纳米颗粒将光转换为局部电磁能量，并反之亦然的能力。 文章还讨论了表面等离子体激元的原理以及它们在纳米尺度上的作用。表面等离子体激元是在金属和介质界面上，由于自由电子的集体振动而产生的电磁波模式。它们可以将光能集中到亚波长区域，从而实现对电磁波的控制。由于金属在光学频率范围内的固有损耗，表面等离子体激元的性能受到限制，但随着纳米制造技术的不断进步，科学家们正在不断突破这些限制。 研究还指出，金属半壳腔形天线和金属膜耦合结构在一定波长的表面等离子体共振模式下，偶极发射体的衰减率大大增强。在近场（大约10纳米）范围内，辐射衰减展示了明显的局部效应。辐射衰减与发射体-天线距离的依赖关系由偶极发射体位置决定。特别是在金属天线-金属膜耦合结构中，由于复杂结构中表面等离子体模式的耦合，辐射衰减得到了进一步的加速，并且形成了具有方向性的远场辐射模式。 以上内容涵盖了表面等离子体激元的物理概念、金属纳米天线的作用原理、以及如何通过改变天线结构和材料来调控光的发射特性。表面等离子体技术的应用广泛，包括但不限于生物传感器、太阳能电池、超分辨率成像等领域，其中优化光发射速率和辐射模式对提高这些应用的性能至关重要。此外，随着制造技术的不断进步，实现更小尺寸、更高精度和更复杂结构的金属纳米结构将成为可能，这将为光学领域带来更多的创新和突破。