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耦合螺旋结构的人工表面等离激元器件

    当光波以特定方式入射到金属与介质分界面时,金属表面的自由电子发生集体振荡,称为表面等离激元。表面等离激元使得电磁场被束缚在亚波长的尺度,其能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能,可在亚波长尺度内发生局部增强。该特性在单分子检测、表面增强光谱、光伏器件、以及非线性器件等方面具有重要的应用价值。

    在较长波段(远红外、太赫兹及微波频段),金属的高导电性使其无法支持表面等离子体激元。最近,研究者发现,利用电磁超材料可以在低频段人工模拟出表面等离激元效应,使得表面等离激元器件的紧凑性、亚波长尺度的局部场增强效应等优良特性得以在低频段实现。值得指出的是,由于金属的低损耗性,低频段的人工表面等离激元器件不仅比光波段的相应器件在提高传输效率与传输距离方面具有更大的优势,还可实现更高的局部场增强特性。因此,近年来人工表面等离激元成为超材料领域一个极具潜力的研究方向,受到广泛关注,出现了很多有趣的实验工作。然而,如何建立系统的理论模型,从而有效地指导器件设计及实验验证,仍是人工表面等离激元研究中亟待解决的问题。


耦合螺旋结构的人工表面等离激元器件

    东南大学崔铁军教授团队与新加坡南洋理工大学罗宇教授和张婧婧博士合作,首次提出了人工表面等离激元的耦合模型。该模型描述了多个人工表面等离激元器件之间的相互作用如何影响其谐振模式及场分布特性,对多元件的人工表面等离激元复合系统的设计具有重要的指导意义。基于这个理论,该联合课题组提出了耦合螺旋结构的人工表面等离激元器件并进行了实验验证。该结构可将入射电磁场汇聚在极小的范围内,实现大于5000倍的局部场增强效应。

相关论文发表在Laser& Photonics ReviewDOI: 10.1002/lpor.201600191)上。

作者Jingjing Zhang, Zhen Liao, Yu Luo*, XiaopengShen, Stefan A. Maier*, Tie Jun Cui*, 原文链接如下,或者点击下方阅读原文

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201600191/full


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