金属光栅-探针复合微结构的表面等离激元场分布特性

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hezefgj
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表面等离激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)是一种在金属表面处产生的基于电子极化排布的电磁激发模式。它属于TM极化的表面电磁波,其幅度值随着与表面距离的增大而呈指数型衰减,所形成的电磁场被限制在金属表面的邻域内。表面等离激元的近场分布对于金属结构表面形貌特征的变化非常敏感,纳米尺度的表面微小结构会对整个场分布造成很大的影响。利用这一性质通过选取特定的金属纳米结构可以实现对于金属表面电磁场和电势场的调制。再者,利用表面等离激元的增益性质也可以提升近场幅度值,从而改善场的调制作用。  基于以上特点,本文设计出了特定的金属纳米结构,它是一种综合了光栅及探针结构特点的复合型微结构,通过改变金属纳米结构的参数及激发方式,将会在其表面附近获得特定的势场分布,从而可将其应用到光镊方面,实现捕获场的作用。  本文以表面等离激元的基本物理性质出发,讨论了它的形成机理、存在条件和激发方式等相关特性。基于Maxwell方程组推导出了适用于数值模拟表面等离激元场的离散化电磁场差分递推方程,并利用时域有限差分法(FDTD法)在Matlab编程平台上实现了金属纳米结构近场分布的模拟。基于对金属纳米结构电势场所作的分析发现当选取中央为锯齿型结构两侧为金属光栅的复合结构时,可以达到比较大的势阱深度,其势阱宽度约为2μm,这一尺度相当于某些化学大分子直径的大小。基于这一结构产生的稳定光镊捕获场可实现对于微粒的操控。文中的数值模拟结果为实验上实现表面等离激元光镊提供了理论依据,有着一定的指导作用。
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