表面等离子体亚波长光学前沿进展

前沿进展

表面等离子体亚波长光学前沿进展

张斗国 王 沛 焦小瑾 唐 麟 鲁拥华 明 海

(中国科学技术大学物理系 合肥 230026)

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摘 要 目前表面等离子体激元(surfaceplasmonpolaritons,SPPs)在光存储、光激发、显微术以及生物光子学等领域中的应用前景受到了广泛的关注.文章介绍了SPPs的基本性质和表面等离子体亚波长光学(surfaceplasmonssubwavelengthoptics)研究中的热点问题及发展方向.关键词 亚波长光学,表面等离子体激元,纳米光子器件

Progressinsurfaceplasmonsubwavelengthoptics

ZHANGDou Guo WANGPei JIAOXiao Jin TANGLin LUYong Hua MINGHai

(DepartmentofPhysics,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei 230026,China)

Abstract Nowgreatattentionisbeingpaidtothepotentialapplicationsofsurfaceplasmonpolaritons(SPPs)indatastorage,lightgeneration,microscopyandbio photonics.WereviewthepropertiesofSPPsandtopicsofrecentinterestinsurfaceplasmonsubwavelengthoptics.

Keywords subwavelengthoptics,surfaceplasmon,nanoscaleopticaldevices

1 引言

表面等离子激元(surfaceplasmonpolaritons,SPPs)就是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态

[1]

2 表面等离子激元的基本性质及其激

发方式

图1所示的是在金属薄膜界面上沿x方向传播的SPPs,其电场方程表示为

[1]

kx-k|z|i

.在这种相互作用

中,自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发

生集体振荡.这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs.

通过改变金属表面的(亚波长)结构,表面等离子激元的性质,特别是与光的相互作用,也随着变化.表面等离子激元为发展新型光子器件、宽带通讯系统、尺度远小于现在能够达到水平的微小光子回路、新型光学传感器和测量技术提供了可能速发展的研究方向之一.

本文中我们介绍SPPs的基本性质、激发方式,特别介绍它在亚波长光学中的热点问题以及SPPs研究的发展方向 508

[4]

[2,3]

Esp(x,z)=E0espz,(1)

上式表明在垂直于金属表面的方向电场强度是呈指数衰减的,对应于SPPs的表面局域特性.SPPs另一个独特的性质是近场增强,场增强的程度取决于金属的介电系数、表面粗糙程度引起辐射损耗以及金属薄膜的厚度.在理想平滑表面最大可能的增强可表述为

[1]

.目

前,表面等离子亚波长光学成为光学和光子学中迅

EspElihgt

z=02

2Re m=Im im

2

a

,

1+Re m

(2)

* 国家自然科学基金(批准号:90206002,10474093)、中国高技术

研究发展计划(批准号:2002AA313030)、安徽省自然科学基金(批准号:03046204)资助项目

2004-11-18收到初稿,2005-03-07修回 通讯联系人.Emai:lmingha@iustc.edu.cn

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物理

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