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金属光学天线是在光频段利用金属纳米结构的表面等离激元共振实现传播场与局域场的相互转换的器件。当入射光与金属纳米结构相互作用时,产生表面等离激元共振,电磁场局域在金属表面,形成场增强。又由于入射光和表面等离激元的转换是可逆的,因此金属光学天线共振时也对外辐射能量。金属表面等离激元共振实现了光频段的天线功能。光学天线广泛用于各种近场探测和近场增强,并成为目前集成光学和纳米光子学研究的一个热点。
本文利用时域有限差分法(FDTD),利用速度更快,更省内存和吸收更好的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件,基于表面等离激元理论,利用修正德拜介质模型研究了材料为金时,其形状分别为圆锥柱体和三角台矩形条的双臂金属光学天线的特性。还利用特鲁德介质模型研究了材料分别为金和银时,形状为三角台矩形条双臂金属光学天线的特性。研究的主要内容和结果如下:两种天线材料为金时,在修正德拜介质模型下:⑴探讨柱体和矩形条长度变化对尖端之间距离(间距)中心处电场值和场增强的影响,得到高斯波峰的变化趋势,在250nm处呈现峰值;⑵探讨间距变化对间距中心处电场值和场增强的影响,得到拟合曲线呈现指数衰减的变化趋势;⑶探讨柱体半径和矩形条横截面变化对间距中心电场值和场增强的影响,得到电场值和场增强拟合结果分别呈现线性和抛物线增大的变化趋势;⑷探讨不同材料介质模型对间距中心电场值和场增强的影响,与实验数据对比,得到修正德拜介质模型下材料为金的三角台矩形条双臂金属光学天线的变化趋势以及在250纳米处的峰值要优于特鲁德介质模型;5.探讨特鲁德介质模型下材料分别为金和银时对间距中心电场值和场增强的影响,得到材料为银的三角台矩形条双臂金属光学天线在250纳米处的峰值要优于金的结果。对比两种天线形状,得到圆锥柱体双臂金属光学天线尖端的场增强比较强,适合作为光学探针;三角台矩形条双臂金属光学天线间距中心场增强比较强,适合作为激励光源。