基于TPPs-SPPs混合模式的激发以增强单纳米缝异常透射

摘要：

单纳米金属缝结构,由于其结构紧凑、易于集成、耦合效率高,常常在基于表面等离子体激元(surfaceplasmon polaritons,SPPs)的纳米结构器件中用于构建光源.但是,单纳米缝的低透射率一直是该结构向实际应用转化中的问题;实际上,如何有效地增强其透射率一直是研究的重点.本文提出了一种有效增强单纳米缝异常透射的方法和结构,该结构由分布式布拉格反射镜(distributed bragg reflector,DBR)和金属银薄膜纳米缝构成.当TM偏振光由DBR侧入射至DBR-银纳米缝结构时,DBR-银膜界面上的塔姆激元(Tamm plasmon polaritons,TPPs)和纳米缝中的SPPs能够同时被有效激发,并相互耦合形成TPPs-SPPs混合模式,当TPPs与SPPs满足波矢匹配条件时,利用TPPs的局域场增强效应可显著提高SPPs的激发效率,结合纳米缝中的类法布里-珀罗腔共振效应,最终可实现对单纳米缝异常透射率的有效增强.本文利用传输矩阵法和有限元算法分析了DBR-银纳米缝结构上单纳米缝的透射特性.经过参数优化,在银膜厚度为100 nm、纳米缝宽为11 nm时,DBR-银纳米缝结构的最大透射率为0.166,相对于TiO2银纳米缝结构(无DBR)的透射率(0.01),提高了16倍.该研究从基本物理机理出发,实现了对单纳米缝异常透射的增强,研究结果在纳米光子学、近场光学成像与探测、极化激元激光器等相关领域具有潜在的应用价值.

关键词：异常透射、塔姆激元、表面等离子体激元、类法布里-珀罗腔共振

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资助基金：国家自然科学基金批准号:61575096、国家自然科学基金青年科学基金批准号:11404170、国家教育部留学回国人员科研启动基金批准号:105757和江苏省基础研究计划基金批准号:BK20131383资助的课题.Project supported by the National Natural Science Foundation of China Grant No.61575096,the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China Grant No.11404170,the Scientific Research Staring Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars,Ministry of Education of China Grant No.105757,and the Jiangsu Provincial Research Foundation for Basic Research,China Grant No.BK20131383.

在线出版日期：2016-12-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：113-122