方體及環/盤陣列結構的表面等離子體共振特性研究

曹 文，潘庭婷，鄧亞利，李 梅，郝 輝，夏 巍，王 鳴

南京師范大學物理科學與技術學院，江蘇省光電技術重點實驗室，江蘇 南京 210023

引 言

金屬納米顆粒能夠產生局域表面等離激元共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)的現象[1-2]且對周圍環境有很高的敏感度，能把光場能量局域到一個很小的范圍內并產生巨大的場增強效應，在納米尺度實現對光能量傳輸的操縱，由此受到眾多研究人員的重視，并廣泛運用于等離子體激光、光開關、表面增強拉曼光譜等[3-5]方面。相鄰金屬納米顆粒間的LSPR可以通過近場耦合產生一種獨特的效應，即法諾(Fano)共振效應。在LSPR中金屬納米顆粒的共振模式具有相同電荷分布且很容易與入射光發生強烈的耦合被稱為超輻射模式(亮模式)，其光譜有較大的輻射展寬； 若顆粒的共振模式具有相反的電荷分布，不易與入射光發生耦合，則被稱為亞輻射模式(暗模式)，因其輻射損耗很弱，光譜展寬較窄。當整個結構中超輻射和亞輻射模式發生光譜重疊產生相消干涉時，會出現一種對周圍介質環境和結構變化特別敏感的Fano共振效應。近年來基于LSPR實現Fano共振效應[6-8]有諸多研究，例如，朵兒門結構、同心Ag納米環圓盤結構、非對稱金屬環盤納米腔結構以及金分裂環六聚體等。其中環盤結構是可以激發高強度等離激元Fano共振模式較為突出的一種新型結構。

基于以上思路，本文提出一種方體及環/盤的金屬陣列結構，利用時域有限差分法(the finite difference time domain method, FDTD)進行仿真計算研究。結果表明，結構中的Fano共振主要由圓環的偶極共振與方體及環/盤激發的四偶極共振模式之間的相互耦合雜化產生的混合等離子共振形成。……