摘要
提出一种利用微球自组装技术制备具有偏振依赖特性的金属纳米狭缝阵列的方法,该阵列
以聚苯乙烯微球薄膜为掩模版,通过倾斜蒸镀银膜获得。对纳米狭缝阵列透射光谱与入射
偏振角度的关系进行测量,纳米狭缝阵列具备用于光开关的偏振响应特性。利用时域有限
差分法,对该结构的透射光谱和共振波长处的电场强度分布进行仿真计算,并分析结构中
存在的表面等离激元模式以及结构参数对透射光谱的影响。通过仿真计算可得该结构的折
射率灵敏度可达 992 nm/RIU。
Abstract
A metal nano-gap array with polarization-dependent optical properties prepared by self-
assembly technology of microspheres is proposed. The structure is fabricated based on
the mask of periodic polystyrene (PS) microsphere film, followed with tilted vacuum
evaporation coating of metal film. The relationship between the transmission spectrum of
the nano-gap array and the incident polarization angle is measured, and it exhibits
polarization-dependent properties that can be used as optical switches. The finite-
difference-time-domain (FDTD) method is used to simulate the transmission spectrum of
the nano-gap array and the electric field intensity distributions at the resonant
wavelengths. Furthermore, the surface plasmon modes and the influence of geometry
parameters on transmission spectra are studied. The refractive index sensitivity of this
structure reaches as high as 992 nm/RIU.
1 引言
表面等离子体是由金属和介质界面上的光与电子集体振荡耦合而产生的电磁表面波
[1]
,既
可以是沿边界扩展传播的表面等离子体激元(SPP)
[2]
,也可以是由金属纳米颗粒支持的
局域表面等离子体共振(LSPR)
[3]
。近年来,基于狭缝、沟槽和 V 型槽等结构的间隙表
面等离子体激元(gap-SPP)被人们重视并加以应用
[4]
,通过缝隙实现电场增强,在亚波
长尺度激发等离激元,使其成为纳米尺度光调控的有效方式,例如:通过纳米孔内 gap-
SPP 在亚波长尺度上提供特殊的波前调控
[5]
、拉曼增强
[6]
、宽带滤波
[7-9]
、亚波长光波
导
[10]
、光化学反应
[11]
、光谐振器等
[12-13]
。
Gap-SPP 依赖于狭缝结构的材料和几何尺寸,因此可以通过结构设计实现偏振敏感等离子
体共振。与传统方法相比,纳米狭缝实现了高空间分辨率的对不同偏振态的响应,例如:
一对相互垂直或具有一定角度的矩形纳米孔隙
[14]
直接生成全息轮廓
[15]
和控制 Airy 等离
子体激元
[16]
;铝薄膜中的不对称十字形纳米狭缝阵列上显示了具有偏振切换颜色特性的
等离子体滤波器组
[17]
;利用金属纳米双环狭缝实现了偏振不敏感和偏振控制的双波段吸