當(dāng)電磁場(chǎng)照射在一塊具有亞波長(zhǎng)周期孔陣的金屬薄片上時(shí)，透射譜中某些特定的頻率附近將出現(xiàn)峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反常透射(或透射增強(qiáng))。反常透射現(xiàn)象具有十分豐富的物理內(nèi)涵，在光學(xué)集成和探測(cè)成像等領(lǐng)域有著重大價(jià)值，多年來(lái)人們對(duì)它的研究逐漸形成了一門(mén)全新的交叉學(xué)科——表面等離子體亞波長(zhǎng)光學(xué)。近年來(lái)，隨著太赫茲技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)反常透射的研究逐漸從光頻段擴(kuò)展到太赫茲及微波頻段。眾所周知，金屬的表面等離子體在太赫茲及微波段不能被激發(fā)，于是，為了解釋低頻段反常透射現(xiàn)象的物理機(jī)制，人們提出了一種“偽表面等離子體”(designer surface plasmons)理論。該理論認(rèn)為，當(dāng)金屬表面亞波長(zhǎng)孔陣的周期和孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射波長(zhǎng)時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)將對(duì)電磁波進(jìn)行整體響應(yīng)，形成一種色散曲線(xiàn)與表面等離子體激元十分相似的電磁模式，因此稱(chēng)之為“偽表面等離子體”。使用該理論對(duì)太赫茲頻段的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，已成為表面等離子體光學(xué)當(dāng)前的熱點(diǎn)之一。
武漢國(guó)家光電實(shí)驗(yàn)室姚建銓院士、劉勁松教授領(lǐng)導(dǎo)的太赫茲光電子學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種利用偽表面等離子體效應(yīng)對(duì)亞波長(zhǎng)孔陣反常透射進(jìn)行控制的方法。該方法的模型如下：在一塊金屬薄片上引入遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的方形凹孔陣列，并在這種人工表面上穿鑿孔徑略小于波長(zhǎng)的通孔陣列。當(dāng)電磁波照射到模型上時(shí)，將在凹孔陣列上激發(fā)起偽表面等離子體，而偽表面等離子體透過(guò)通孔陣列將發(fā)生反常透射現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，通過(guò)改變尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的凹孔陣列的幾何及光學(xué)參數(shù)，能夠?qū)ν钻嚵挟a(chǎn)生的反常透射峰的光譜位置進(jìn)行調(diào)制，這就大大改進(jìn)了人們對(duì)二維陣列結(jié)構(gòu)反常透射進(jìn)行控制的方式，對(duì)于表面等離子體光學(xué)在低頻段特別是太赫茲頻段的應(yīng)用，提供了一種靈活而可行的途徑。該項(xiàng)工作得到了“973”計(jì)劃(2007CB310403)和武漢國(guó)家光電實(shí)驗(yàn)室研究基金(P080008)的資助。研究成果已在Optics Express上發(fā)表(Jinsong Liu, Lan Ding, Kejia Wang, Jianquan Yao, Opt. Exp. 17, 12714-12722 (2009))。
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