根据传统的观念，在操纵光子的传输过程中存在着一个基本的约束即衍射极限的限制。新近的研究发现，基于表面等离激元的亚波长光子学[1-3]能够突破衍射极限的约束，并且有可能将光子学纳入纳米尺度，相关的研究正逐渐发展为等离激元学和亚波长光子学，在等离激元芯片、光产生、数据存储、显微技术和纳米印刷技术等方面有着重要的应用。从而，等离激元学和亚波长光子学连接着电子学和光子学，为构筑既拥有纳电子学的尺寸、又兼有介电光子学的速度的新一代信息材料和技术提供科学依据。

1999年 Pendry等人提出利用亚波长微结构共振单元作为 ―人工原子，构造具有特殊介电常数和磁导率的超构材料[4-12]，实现对电磁场调控效应。超构材料可以产生传统光学材料所不具备的新奇电磁性质,例如人工磁性、负折射现象、光学隐身等。超构材料在精密仪器、智能控制和通讯系统等领域具有巨大的应用前景。负折射率左手材料和超材料隐身斗篷分别被《科学》评为2003年和2006年的十大科技突破之一。目前，超构材料研究已被拓展到对声和其它元激发的调控领域。毫无疑问，人工带隙材料、超构材料和亚波长微结构等给人们调控光和相关元激发的能带结构和传输性质提供了新的材料体系和物理原理。

随着人们对超构材料和亚波长结构研究的不断深入，相关物理机制的探讨从初始考虑平均效应逐渐深入到研究亚波长结构之间的耦合效应[13,14]，诸多由于近场耦合所导致的新颖性质也逐渐被发现，比如等离激元耦合导致的电磁感应透明、局域共振耦合导致的等离激元力，等等。这些由等离激元共振形成的元激发耦合效应通常还伴随着强烈的局域场增强。在过去的十几年中，等离激元增强拉曼和增强荧光在信号探测和传感等方面取得了很大应用。然而，近场耦合效应衍生出的一些新物理性质，如增强的光子态密度、增强Mie散射、增强非线性等，在以前的研究中虽有所涉及，但到目前为止还未形成完善的体系。同时，这些耦合效应可以为人们提供极其丰富的调控超构材料性质（如色散、能带、散射、衍射等）的手段，为在亚波长尺度下进行光子的传输与操控提供多样化的设计途径。随着信息科学和信息技术的发展，亚波长光集成与光处理越来越显示出其重要意义。超构材料和其它具有亚波长特性的体系为光子信息的高效集成提供可能，这种光子信息的高效集成极有可能突破当前电子集成的速度瓶颈，促成人类信息技术的再一次飞跃。此外，超构材料和亚波长微结构的量子性质目前还处于研究的起步阶段，然而从信息技术发展的角度来看，量子信息处理和量子集成技术将是今后的重要发展趋势。

当前关于表面等离激元光子学的研究集中于亚波长结构材料[15-18]。对于亚波长的结构，其衍射波只有增强的0级衍射，这固然有益于衍射波能量的集中。但是我们知道0级衍射在空间无色散（即不同波长的光聚在一起，在空间不能分开）。在某些情况下，增强的高阶散射具有特别的意义。那么，如何设计材料，实现宽带、高效的高阶衍射呢？这是一个非常值得研究的问题。

最近，Guo等人研究了一个双周期表面等离激元纳米孔阵列，这一结构有两个周期，即：几个小周期结构的纳米孔阵列又组成了一个大的周期。这个大的周期大于入射电磁波的周期，形成超周期的结构[19-22]。这一新的结构可以支持传播的一级衍射。但是其一级衍射波的带宽很窄，只有大约60nm。衍射效率也很低，小于1%。

本文研究二维金属-绝缘体-金属”三明治”结构的表面等离激元系统。系统的上层结构为火箭状光栅阵列,中间层为玻璃介质，而下层为金属板。其单胞在一个方向上是亚波长的，而在与之垂直的方向是超波长的，形成超波长-亚波长结构。我们希望通过这种”三明治”结构的超波长-亚波长结构火箭状光栅阵列的研究，获得如下的结果：系统的一个一级衍射具有超宽带和高效率的反射，而其它各级衍射则被抑制。这一反常的衍射现象非常适合应用到分光计中作于光的色散器件。

参考文献：

[1] A. V. Zayats, I. I. Smolyaninov, A.A. Maradudin, Phys.Rep. 408, 131 (2005).

[2] P. Lalanne, J. P. Hugonin, and J. C. Rodier, Phys.Rew.Lett. 95, 263902 (2005).