设计了基于SiO2薄膜间隔的金纳米锥与金薄膜耦合结构表面等离子体共振折射率传感器。使用时域有限差分法研究了复合结构中的表面等离子体共振模式，复合结构不仅能够激发局域表面等离子体共振，也可激发传播表面等离子体共振。入射电磁波的能量部分通过单个金纳米锥耦合到局域表面等离子体，部分通过金纳米锥阵列二维光栅耦合到传播表面等离子体。在待测物折射率1.30~1.40的范围内，对复合结构的反射光谱进行了模拟研究，发现共振波长与分析物折射率呈线性关系，且由于局域和传播表面等离子体的高效激发，反射光谱共振峰处的反射率几乎为零。此外，在最优的金纳米锥几何参数下，传播表面等离子体共振模式的半高全宽非常窄，灵敏度和品质因数分别达到770 nm/RIU和113 RIU?1，具有良好的折射率传感性能。所设计的复合结构作为表面等离子体共振传感器有望广泛应用于生物检测领域。
金纳米锥 金薄膜 表面等离子体 折射率传感 gold nano cone gold film surface plasmon refractive index sensing
1 西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州真空设备有限责任公司华宇分公司, 甘肃 兰州 730010
基于边界耦合的方法构造一种基于金属-介质-金属(MIM)纳米谐振腔波导组成的滤波器,该结构由1个拱型谐振腔和1个矩阵波导管组成。通过有限元法(FEM)仿真分析拱型腔波导MIM结构滤波器的传输特性曲线、谐振波长和磁场分布图。研究结果表明该拱型腔滤波器具有平滑的传输曲线、平坦的通带、较宽的带宽,且通带透射率高达0.976,阻带透射率低至0.001,这表示此结构滤波器具有良好的滤波特性。通过对该拱型结构滤波器进行参数优化,可以在光通信波段的三个通信窗口上实现通道选择的滤波功能,该结构滤波器在高密度光集成电路和纳米光学中具有广阔的应用前景。
表面光学 金属-介质-金属(MIM)滤波器 有限元方法 拱型谐振腔 边界耦合 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202417
1 兰州理工大学 理学院, 兰州 730050
2 西北师范大学 物理与电子工程学院, 兰州 730070
理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构, 通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442 nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源, 研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱, 得到的该复合结构的最优参数为: 光栅周期312 nm, 厚度90 nm, 银纳米立方体70 nm.在最优参数条件下, 数值模拟了复合结构中的电场增强分布, 介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合, 使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子, 有望应用于表面增强拉曼散射的研究.
介质光栅 银立方体 表面等离子体 电场增强 有限元方法 Dielectric grating Silver cube Surface plasmon Electric field enhancement Finite element method 光子学报
2018, 47(11): 1131001
