张萌徕 覃赵福 陈卓

(南京大学物理学院, 南京 210093)

理论研究了二维周期排列的金开口环谐振器的磁共振模式与周期阵列的衍射模式发生强耦合所需满足的条件及其对二次谐波产生效率的影响.通过控制阵列结构在x 和y 方向的周期大小, 使得衍射模式只在其中一个方向产生, 当衍射模式的电场方向与入射光电场偏振方向一致时, 衍射模式才会与开口环谐振器的磁共振模式发生强耦合作用, 产生表面晶格共振进而实现近场场增强.在此基础上, 进一步计算了金开口环谐振器阵列的二次谐波产生效率, 随着阵列周期逐渐增大, 即开口环谐振器的数密度减小, 二次谐波强度呈现先增加后降低的趋势, 当开口环谐振器数密度降为原来的1/4 左右时, 二次谐波强度可以增强2 倍以上.本文的研究为金属超表面二次谐波产生效率的提高提供了一种新的可能途径.

1 引 言

局域表面等离激元(localized surface plasmons,LSPs)是指单个金属微纳结构表面的自由电子在特定频率电磁波照射下发生的非传导集体振荡[1,2].由于其拥有将电磁能量局域在亚波长尺度的特性,从而能极大增强光与物质的相互作用, 故基于超表面的LSPs 共振在生物传感器[3−9]、表面增强拉曼散射[10−15]、非线性增强[16−22]等领域已有广泛的应用.然而, 金属纳米颗粒的LSPs 寿命短、衰减快,使得LSPs 的共振谱线线宽较宽, 这在一定程度上限制了对光场的局域能力.此外, 单个金属微纳结构的LSPs 共振和周期金属微纳阵列……