光学学报, 2020, 40 (4): 0426001, 网络出版: 2020-02-17  

金属-介质-金属纳米天线阵列的模式特性及荧光发射调控 下载: 1724次

Mode Properties and Fluorescence Emission Mediation of Metal-Dielectric-Metal Nanoantenna Array
作者单位
中国科学技术大学光学与光学工程系安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230026
图 & 表

图 1. 仿真模型及仿真结果。(a) MDM纳米天线阵列结构示意图;(b)入射光偏振方向沿x轴时模拟得到的结构白光透射谱;(c) 532 nm共振位置处xoz平面上的电场强度及电场矢量分布图;(d) 671 nm共振位置处xoz平面上的电场强度及电场矢量分布图

Fig. 1. Simulation model and simulation results. (a) Schematic of MDM nanoantenna array structure; (b) simulated transmission spectrum of white light when polarization direction of incident light is along x axis; (c) electric field intensity and electric vector distribution map on xoz plane at resonant position of 532 nm; (d) electric field intensity and electric vector distribution map on xoz plane at resonant position of 671 nm

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图 2. 结构参数的变化对共振位置的影响。(a)模拟得到的结构透射谱; (b) MPP模式的共振位置随d的变化曲线

Fig. 2. Influence of structure parameters on resonance position. (a) Simulated transmission spectrum of the proposed structure; (b) change curve of resonance position of MPP mode with respect to d

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图 3. 模拟得到的结构透射谱

Fig. 3. Simulated transmission spectra of proposed structure

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图 4. 不同长度l和不同偏振角度对共振位置的影响。(a)模拟得到的结构透射谱; (b) LSP和MPP模式的共振位置随l的变化曲线;(c) l为90 nm,w为120 nm,步长为15°时的结构透射谱

Fig. 4. Influence of different length l and polarization angle on resonance position. (a) Simulated transmission spectrum of proposed structure; (b) variation of resonance position of LSP and MPP modes with l; (c) simulated transmission spectra of proposed structure, when l is 90 nm, w is 120 nm and step size is 15°

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图 5. MDM渔网超表面。(a)MDM渔网超表面的结构示意图;(b)入射光偏振方向沿x轴时模拟得到的结构透射谱

Fig. 5. MDM fishnet metasurface. (a) Schematic of MDM fishnet metasurface; (b) simulated transmission spectra when polarization direction of incident light is along x axis

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图 6. 激发光波长为532 nm时,模拟得到的介质层内xoy平面上的总场电场强度和xyz方向分场电场强度分布。(a)~(d) θ=0°; (e)~(h) θ=45°; (i)~(l) θ=90°

Fig. 6. Total electric field and electric field in x, y, and z direction on xoy plane in dielectric layer when excitation light wavelength is 532 nm. (a)-(d) θ =0°; (e)-(h) θ=45°; (i)-(l) θ=90°

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图 7. 偶极子的位置以及对应的性质。(a)(c)(e)偶极子位于不同位置处的结构示意图;(b)(d)(f)偶极子的发光分子的辐射和非辐射衰减速率增强因子、Purcell因子以及量子效率

Fig. 7. Positions of dipole and corresponding properties. (a)(c)(e) Schematic when dipole is located at different positions; (b)(d)(f) radiative and non-radiative decay rate enhancement factor, Purcell factor and quantum efficiency of luminescent molecules of dipole

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图 8. 荧光辐射峰位于650 nm时MDM渔网超表面和MDM纳米天线阵列结构的量子效率

Fig. 8. Quantum efficiency of MDM fishnet metasurface and MDM nanoantenna structure when peak of fluorescent emission is at 650 nm

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图 9. xy方向上电场强度的各方向分量分布。 (a)~(c)偶极子受到x方向偏振的激发光激发时,在635 nm处测得的结果;(d)~(f)偶极子受到y方向偏振的激发光激发时,在770 nm处测得的结果

Fig. 9. Distribution of electric field intensity in each direction at x and y direction. (a)-(c) Results are obtained at 635 nm when dipole is excited by the x polarization laser; (d)-(f) results are obtained at 770 nm when dipole is excited by the y polarization laser

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王晗, 臧昊峰, 鲁拥华, 王沛. 金属-介质-金属纳米天线阵列的模式特性及荧光发射调控[J]. 光学学报, 2020, 40(4): 0426001. Han Wang, Haofeng Zang, Yonghua Lu, Pei Wang. Mode Properties and Fluorescence Emission Mediation of Metal-Dielectric-Metal Nanoantenna Array[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(4): 0426001.

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