文献综述
表面等离激元:当光波入射到金属与介质分界面时,金属表面的自由电子发生集体振荡,电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波,如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振,在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能,这时就形成的一种特殊的电磁模式:电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强,这种现象就被称为表面等离激元现象。
等离激元天线是一种新型的光学器件,能够实现传播电磁场到亚波长尺度局域场的转换。一般由纳米量级的金属颗粒构成,由于会产生表面等离激元,使其具有独特的光学特性。在提高太阳能电池的工作效率,提高光学显微镜的分辨率,以及纳米光刻等方面显示出巨大的应用潜力。[1]
研究现状
金属纳米天线的发展起源于其在近场光学显微技术中的应用。在纳米显微技术中,纳米光波天线作为近场探针用于和待测样品表面产生定域相互作用。为了获得近场光学图像,纳米光波天线被放置靠近于非常贴近样品表面处,并探测接收每个像素点的光学信号。因此,天线与样品表面的相互作用强度直接影响着近场图像的空间分辨率。而由于金属局域表面等离激元共振的存在,诸如金属纳米天线可在天线尖端获得大幅增强的近场电场信号,进而大幅增加近场光学显微过程的灵敏度与分辨率并突破衍射极限的限制。
近年来,对于金属纳米光学天线的研究大多处于理论研究阶段,有些科研人员同时进行了基础实验,但是距离光学天线的产品化还有很长的一段路要走。国内对于金属纳米光学天线的研究还不够深入,目前也没有侧重于应用的金属纳米光学天线的产品产生[2]。目前对于光学天线的研究目的多为增强拉曼散射方面,因此增强局域电磁场强强度和提高入射光极化的稳定性设计为研究重点,通过对金属纳米光学天线结构的改造和结构参数的改变来实现。
发展趋势
2003 年,斯坦福大学的 K.B.Crozier 小组研究了多种金属颗粒的光学特性,研究结果为在金属颗粒表面能够产生纳米尺度的电场,具有与传统天线能够接收入射电磁波的类似性质[3],首次提出光学天线的概念。此后,关于金属纳米光学天线的研究迅速展开。
2004 年,W.E.Moemer 等人设计了一种蝴蝶结形状的新型纳米光学天线,研究发现在不同入射光极化方向下,该金属纳米光学天线的谐振波长与金属缝隙间距的大小存在密切联系。
