殷澄 陆成杰 笪婧 张瑞耕 阚雪芬† 韩庆邦 许田

1) (河海大学物联网工程学院, 常州 213022)

2) (南通大学理学院, 南通 226007)

1 引 言

基于金属纳米粒子的表面等离激元产生的光场局域效应一直是纳米光子学研究的核心问题.而纳米粒子阵列结构的低维超构表面材料可以实现对电磁波的振幅、位相、偏振和空间分布等特性的有效调控, 目前已经被广泛应用于表面等离激元学、涡旋光学、非线性光学等领域[1−5].与金属界面上的传输型表面等离子体共振和单金属粒子的局域表面等离子体共振不同, 金属纳米粒子阵列会产生一种线宽更窄的阵列共振.这一效应所产生的共振峰在2008 年首次被实验所观察[6], 此后，该效应被学术界广泛关注和应用[7,8], 如超灵敏传感、拉曼增强[9]、可重塑的超棱镜[10]、片上折射率传感器[11]等.由两种金属纳米粒子构成的二聚体(dimer)结构具有非常丰富的物理内涵, 其模式的分析可以基于谐振子模型[12]、谐振等效电路模型[13]和模式杂化模型[14,15]等.如果将金属纳米粒子二聚体排列成一个周期性阵列, 其共振模式必然受到二聚体的光学耦合行为的影响, 再考虑到阵列结构和入射光的偏振等影响因素, 对这种结构的阵列共振通常只采用数值仿真的方法.相比之下, 解析方法可以更好地分析复杂现象背后的物理机理.

对于单粒子阵列而言, 可以基于修正长波近似方法[16]将每一个金属粒子等效为一个辐射的电偶极子.进而分析阵列中每一个……