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《太赫兹波段下金属狭缝的透射增强特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第57卷第5期2008年5月100023290Π2008Π57(05)Π3198205物理学报ACTAPHYSICASINICAVol.57,No.5,May,2008ν2008Chin.Phys.Soc.3太赫兹波段下金属狭缝的透射增强特性研究1)王艳花2)陈龙旺1)张岩1)孟阔1)(北京市太赫兹波谱与成像重点实验室,省部共建太赫兹光电子学教育部重点实验室,首都师范大学物理系,北京100037)2)(哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨150001)(2007年9月19日收到;2007年10月22日收到修改稿)用太赫兹时域光谱技术研究了具有不同宽度的金属狭缝透射光谱特征.实验结果显示在实
2、验测量有效光谱范围(012THz—216THz)内,当狭缝宽度小到一定程度,在频谱中出现了共振增强,具有明显的带通带阻现象,并在理论上分析了这种共振透射现象的原因.关键词:表面等离子体,太赫兹脉冲,时域光谱技术,金属狭缝PACC:7320M,8240M,0762,6155F[9—11],维结构中的圆孔阵列,方孔阵列和椭圆孔阵列11引言以及一维狭缝光栅结构[12]和周围带有凹槽的单缝[12]和周围带有凹槽的单缝结构[13].单一金属狭缝是其中最简单的结构,是金近些年来,作为一门新兴学科表面等离子体亚属狭缝光栅的最小单元,所以研究光通过单一金属波长光学得到了迅速发展.这一领域的研究起源
3、于狭缝的透射性质是表面等离子体亚波长光学的基础20世纪初,那时从实验上已经发现了金属材料做成性内容,有着重要的价值和意义.的光栅,在反射谱的某些频率处存在异常增强效应,本文利用太赫兹时域光谱技术来研究单一金属但是当时的理论不完善,不能完全解释这种现象,这狭缝的透射性质,它有以下优点:第一,太赫兹时域个领域的发展一直比较缓慢.直到1998年Ebbesen光谱技术得到的是时域波形,通过快速傅里叶变换等[1]报道了光束透过薄金属光栅在某特定频率处产可以获得连续的频谱,这种测量比频率可调谐式光生透射增强现象,并预测了其重要的应用前景,引起源测量起来更方便.第二,太赫兹波段介于微波和了包括来
4、自物理,化学,材料和生物等领域的广泛关红外光之间,实验上所要求的金属狭缝特征尺寸相注.随后的文献[2—6]主要报道了关于光束通过刻比于微波波段的金属狭缝尺寸小很多,但相对可见有二维亚波长孔阵列的金属光栅能够产生透射增强光来讲又易于制作,为以后研制小型表面等离子器现象.2001年,Takakura[7]理论上推导出TM模式[7]理论上推导出TM模式件以及器件集成提供了基础.第三,太赫兹时域光(偏振方向垂直狭缝的方向)的线偏振光束垂直照射谱技术不仅可以得到透射谱的强度信息,而且还可金属单一狭缝时,同样会产生增强透射现象.金属以提供透射谱的相位分布,为研究样品同太赫兹电狭缝的这种在某些频
5、率处产生的透射增强现象类似磁波相互作用提供了更多的信息.于Fabry2Perot(F2P)腔效应,其物理机理主要是由狭21实验装置和样品制备缝作为波导使得光波在通过狭缝时,某些频率的光的强度被加强.接着Yang在实验上证实了厚金属狭缝做为波导对微波波段本文使用太赫兹时域光谱技术进行测量,其实[8]TM入射光波产生的类F2P腔的透射增强现象.验装置如图1所示.太赫兹抽运光源是自锁模可调在表面等离子体亚波长光学中所研究的对入射谐式钛蓝宝石激光器,其脉宽是100fs,中心波长光具有透射增强性质的金属结构有许多种,例如二800nm,重复频率82MHz,平均输出功率11044W.3国家重点基
6、础研究发展计划(973)项目(批准号:2006CB302901和2007CB310408)和国家自然科学基金(批准号:10604042)资助的课题.E2mail:yzhang@mail.cnu.edu.cn.5期孟阔等:太赫兹波段下金属狭缝的透射增强特性研究3199用来产生太赫兹光的抽运光束从图1的右端入射,经过透镜聚焦到太赫兹发射极砷化铟晶体上,产生的太赫兹光经过金属抛面镜PM1和PM2准直和聚焦,在焦平面处形成一个直径约为111mm的光斑,然后被后面的两个金属抛面镜PM3和PM4准直聚焦后,打在探测极锑化锌晶体上.探测晶体和差分探测器把太赫兹脉冲电场信息转化为电流信号,经锁相放
7、大器放大,以时域波形的形式输出.实验中所产生的太赫兹光是水平偏振的,样品放置在抛面镜PM2和PM3之间的焦平面处.另外,为了防止空气中水蒸气对太赫兹信号的影响,从产生太赫兹信号到探测太赫兹信号的这一段光路被密封在高纯度图2狭缝装置图的氮气环境下.式中ETransmitted(ν)代表透过金属狭缝的太赫兹电场振幅,EReference(ν)代表入射太赫兹电场的振幅,T(ν)和φ(ν)分别代表透射系数的振幅和相位,ν表示频率.31实验结果与分析金属狭缝竖直放置在抛面镜的焦
