Otto棱鏡結構下銀的SPP特性研究

安徽師范大學物理與電子信息學院 查射曦 趙小童 王壬德

Otto棱鏡結構下銀的SPP特性研究

安徽師范大學物理與電子信息學院 查射曦 趙小童 王壬德

【摘要】隨著表面等離激元（Surface Plasmon Polaritons，SPP）一些獨特光學性質的發現，使得表面等離激元在表面拉曼增強、超分辨率成像、太陽能電池、生物傳感器等方面都有著重要的應用前景。本文主要研究金屬銀在Otto棱鏡結構下的SPP特性：SP共振角，SP共振曲線以及SP共振電場圖。

【關鍵詞】表面等離激元；Otto結構；銀；SPP特性

1.引言

表面等離激元［1］（Surface Plasmon Polaritons，SPP）是金屬表面的自由電子與入射電磁波耦合，引起自由電子集體振蕩所形成的一種電磁波，而這種電磁波具有一些特殊的性質，使得表面等離激元在表面拉曼增強、超分辨率成像、太陽能電池、生物傳感器等方面都有著重要的應用前景［2］。本文對于金屬銀在Otto棱鏡結構［3］下的SPP特性進行了研究，主要研究了銀的SP共振角，SP共振曲線以及SP共振電場。

2.Otto棱鏡結構及原理

圖1 Otto棱鏡結構

圖2 Ag的共振曲線

3.金屬銀（Ag）的SPP特性

對于Ag的SPP特性研究，本文采用Otto棱鏡結構，因為Otto棱鏡結構最具代表性，仿真模擬參數如下：棱鏡折射率np為1.5，空氣層厚度取波長一半，光波長取632.8nm，金屬膜厚度取無限大。經仿真模擬得到以下Ag的SPP特性。

（2）在以上所述參數下經仿真模擬可以得到Ag的共振曲線如圖2所示，橫坐標為掃描的入射角范圍，縱坐標為反射率。當反射率最低時，所對應的角即為共振角，從圖中可以看出仿真共振角也在43°左右。

（3）如圖3為Ag的SP共振電場，從圖中看出，在空氣與Ag的界面處電場場強最強。

圖3 Ag的SP共振電場

4.小結

本文主要研究了在Otto棱鏡結構下金屬Ag膜的SPP特性，經仿真模擬得到Ag膜在光波長為632.8nm時的共振角為43.64°，與Ag的SP共振曲線結果相符合，并且從Ag的共振電場圖可以得出，在Ag與空氣界面處的電場場強最強。以上Ag的SPP特性研究結果可為未來Ag和其他金屬SPP特性的進一步研究提供基礎參考。

參考文獻

［1］Raether H.Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and Gratings［M］ Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings. Springer Berlin Heidelberg，1988∶1-133.

［2］Z Zhongming，L Linong，L Wei.表面等離激元-機理［J］.應用與展望，2012.

［3］Otto A.Otto，A.∶Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by method of frustrated total reflection.Z.Phys.216，398-410［J］. Zeitschrift Für Physik A Hadrons & Nuclei， 1968， 216（4）∶398-410.

［4］梁秋群.金屬納米結構表面等離激元雜化和吸收特性的研究［D］.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所），2015.