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金属纳米光学天线是在光频段利用金属纳米结构的表面等离子体激元共振实现传播场与局域场相互转换的器件。当入射光与金属纳米结构相互作用时,产生表面等离子体激元共振。电磁场被局域在金属纳米表面,形成场增强。又由于入射光和表面等离子体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。
本文利用时域有限差分法(FDTD),采用修正的德拜模型,在偶极子金属纳米光学天线的基础上提出了一种场增强更强的三臂Y形金字塔柱光学天线,并研究了金属纳米光学天线形状结构、天线长度,入射光波长、电场极化角度对光学天线电场值和场增强的影响。研究内容和结果如下:
(1)双臂偶极子金属纳米光学天线电场值和场增强与天线形状(矩形柱、梯形柱、金字塔柱)、衬底的关系。发现金字塔柱在尖端的场强最强,梯形柱在中心的耦合效果最好;衬底的引入使场强变强,且天线的共振峰有所红移。
(2)双臂偶极子金字塔柱金属纳米光学天线电场值和场增强与天线长度、入射波长和电场极化角度的关系。电场值和场增强的拟合结果在天线长度改变时表现出高斯波峰的趋势,当天线长度约是220nm处有一个峰值约为80V/m;在入射波长改变时表现出高斯波峰的趋势,当入射波长约为850nm处有一个峰值约为70V/m;在极化角度改变时呈现一个衰减的趋势,但当极化角度为锥角的整数倍时电场值会有相应的突变,鉴于此将天线换成圆柱,拟合结果中没有相应的突变,因此得到天线的电场局部突变与锥角有关。
(3)三臂Y形金字塔柱金属纳米光学天线电场值和场增强与入射波长、电场极化角度的关系。电场值和场增强的拟合结果在在入射波长改变时表现出高斯波峰的趋势,当入射波长约是850nm处有一个峰值约为80V/m,但相比于双臂天线,电场增强要强一些;在极化角度改变时,由于Y形的对称性,拟合结果没有衰减趋势,但当极化角度为锥角的整数倍时电场值有相应的突变。