第一篇：亞波長金屬結構異常光學透射的物理機制

1引言

光透射增強現(xiàn)象自1998年由Ebbesen等人在實驗中發(fā)現(xiàn)以來，己引起國內外學者廣泛關注，相關實驗和理論結果己被大量報道。由此引發(fā)的對其物理機制的討論一直是研究熱點。被普遍接受的理論模型是Ctistis等提出的表而等離波子共振模型，他們認為是由于入射光與金屬表而自由電子的電荷密度藕合形成的表而等離激元導致超強透射現(xiàn)象。目前比較成熟的理論模型有局域波導共振模型川、復合衍射隱失波模型和準柱而波模型叫。因為新穎的納米結構體系導致了許多新的現(xiàn)象，超強透射效應在諸多領域具有巨大的應用前景，所以研究各種結構和形狀的光學透射特性具有很高價值。大量研究聚焦在對稱形狀孔的超強透射效應上，例如圓形、方形和狹縫等。在Koerkamp人研究了孔的形狀對透射產(chǎn)生的強烈影響后，關于非對稱形狀孔陣列的超強透射的研究大量展開，例如L形孔與Y形孔。對所研究的大部分孔來說，會存在一定的對稱性，而對于完全不對稱孔形的研究還很少。本文利用三維時域有限差分方法模擬周期性非對稱魚形孔陣列的超強透射增強特性“因其孔形狀為太極圖陰陽魚圖的一半，所以我們稱為魚形圖”通過研究結構參數(shù)對透射效率的影響!觀察電場分布圖!具體分析了表面等離波子共振和局域波導共振在亞波長周期性金屬結構的超強透射中分別所起的作用。

表面等離子體

表面等離子體激元是光和金屬表面的自由電子相互作用所引起的一種電磁波模式，或者說是在局域金屬表面的一種自由電子和光子相互作用形成的混合激發(fā)態(tài)。在這種相互作用中，自由電子在與其共振頻率相同的光波照射下發(fā)生集體振蕩。它局限于金屬與介質界面附近，沿表面?zhèn)鞑?，并能在特定納米結構條件下形成光場增強，這種表面電荷振蕩與光波電磁場之間的相互作用就構成了具有獨特性質的SPPs。表面等離子體的激發(fā)主要包括電子束激發(fā)和光激發(fā)，這里只介紹光激發(fā)。在同一頻率下，表面等離子的波矢總是大于介質中的光波矢。而我們要用光波磁場去激發(fā)表面等離子體，必須在同一頻率下使光波的波矢等于表面等離子體的波矢。所以必須想辦法增加?k，補償光子和表面等離子體之間的波矢失配，使得ksp?kinc??k。常用的方法有光子隧道效應的衰減全反射激發(fā)和光柵禍合器激發(fā)。亞波長金屬結構異常光學透射的物理機制

在最初的實驗中，人們在具有光學厚度的金屬膜上加工孔陣列，入射電磁波僅能通過隧穿效應實現(xiàn)透射。然而實驗發(fā)現(xiàn)在某些波長處，其歸一化的透射率會超過100%而通常單個亞波長孔的透射率遠遠小于1。顯然在EOT現(xiàn)象中，金屬膜不但沒有阻擋入射光，還積極參與了光的透射過程。從物理學的角度講，周期孔陣列起到了收集入射光波來進一步提高透射效果的作用。隨后人們相繼提出了不同的物理機制來解釋這種光收集行為，到目前為止被廣泛認同的觀點是金屬表面等離子體激元(SPP波)及其共振效應在EOT現(xiàn)象中扮演著重要角色。具有SPP波參與的亞波長結構器件能夠產(chǎn)生一些傳統(tǒng)光學技術達不到的特殊效果，圍繞其中的物理機制、結構設計、器件制備及其應用等方面的系統(tǒng)研究逐漸形成了目前的新型等離子體納米光子學研究方向。由于它研究的亞波長金屬或納米結構能夠形成表面等離子體激元共振，并將入射光波藕合到很小的空間范圍內實現(xiàn)增強信號傳輸，因此它在生物傳感器、納米光刻技術、光子集成回路和表面增強拉曼散射等領域具有非常重要的潛在應用。

第二篇：物理實驗報告《用分光計和透射光柵測光波波長》

【實驗目的】

觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計和透射光柵測光波波長的方法。

【實驗儀器】

分光計，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。

【實驗原理】

光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細窄的譜線。

光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實驗采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫?？毯酆酮M縫的寬度之和稱為光柵常數(shù)，用d

表示。

由光柵衍射的理論可知，當一束平行光垂直地投射到光柵平面上時，透過每一狹縫的光都會發(fā)生單縫衍射，同時透過所有狹縫的光又會彼此產(chǎn)生干涉，光柵衍射光譜的強度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會聚透鏡可將光柵的衍射光譜會聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件

實驗中若測出第k級明紋的衍射角θ，光柵常數(shù)d已知，就可用光柵方程計算出待測光波波長λ。

【實驗內容與步驟】

1．分光計的調整

分光計的調整方法見實驗1。

2．用光柵衍射測光的波長

物理實驗報告

·化學實驗報告

·生物實驗報告

·實驗報告格式

·實驗報告模板

圖12

光柵支架的位置

圖13

分劃板

（3）測鈉黃光的波長

①

轉動望遠鏡，找到零級像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ0和θ0/，并記入表4

中。

②

右轉望遠鏡，找到一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ右和θ右/，并記入表4中。

③

左轉望遠鏡，找到另一側的一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ左和θ左/，并記入表4中。

3．觀察光柵的衍射光譜。

將光源換成復合光光源（白熾燈）通過望遠鏡觀察光柵的衍射光譜。

【注意事項】

1．分光計的調節(jié)十分費時，調節(jié)好后，實驗時不要隨意變動，以免重新調節(jié)而影響實驗的進行。

2．實驗用的光柵是由明膠制成的復制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。

3．轉動望遠鏡前，要松開固定它的螺絲；轉動望遠鏡時，手應持著其支架轉動，不能用手持著望遠鏡轉動。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表4

一級譜線的衍射角

零級像位置

左傳一級像

位置

偏轉角

右轉一級像

位置

偏轉角

偏轉角平均值

光柵常數(shù)

鈉光的波長λ0

=

589·3

nm

根據(jù)式（10）

k=1，λ=

d

sin

1=

相對誤差

【思考題】

1．什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？

2．分光計的主要部件有哪四個？分別起什么作用？

3．調節(jié)望遠鏡光軸垂直于分光計中心軸時很重要的一項工作是什么？如何才能確保在望遠鏡中能看到由雙面反射鏡反射回來的綠十字叉絲像？

4．為什么利用光柵測光波波長時要使平行光管和望遠鏡的光軸與光柵平面垂直？

5．用復合光源做實驗時觀察到了什么現(xiàn)象，怎樣解釋這個現(xiàn)象？