吕晓龙 陆浩然 郭云胜†

1) (内蒙古科技大学理学院,包头 014010)

2) (中国核科技信息与经济研究院,北京 100084)

表面等离激元共振激发的亚波长金属孔透射较Bethe 理论有大幅度的提高,然而,由于共振对频率的敏感性以及金属在光频的高损耗特性,表面等离激元共振难以实现亚波长金属孔的宽带高透射传输.本文采用放置在金属孔两边的硅纳米颗粒的Mie 谐振耦合取代表面等离激元共振,实现亚波长金属孔的宽带高透射传输.全波仿真结果表明,采用Mie 谐振耦合的亚波长金属孔(r/λ = 0.1)光传输,透射系数超过90%的带宽达到65 nm,与表面等离激元共振诱导的透射增强相比,峰值增高了1.5 倍,3 dB 带宽拓宽了17 倍.根据耦合模理论,建立了Mie 谐振耦合亚波长金属孔透射的等效电路模型,并在临界耦合状态下反演出电路模型中的元件参数值.进一步研究发现,仅通过改变等效电路模型中的耦合系数,就可全面揭示Mie 谐振耦合亚波长金属孔透射的传输规律,并得到与全波电磁仿真完全一致的结果,从而找到光与放置硅纳米颗粒的亚波长金属孔相互作用的数学表达,也给予人们在光学领域按照电路设计方法构建相应功能模块的启示.

1 引 言

人们对亚波长金属孔的透射增强进行了较长时间的研究[1−3],然而,在实现机理上,大部分研究采用的是基于表面等离激元共振实现亚波长金属孔的透射增强[4−6].尽管它相对于Bethe 理论能有大幅度的提高,但是,金属表面产生的等离激元……