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摘 要

ABSTRACT ………………………………………………………….5

第一章 引言...............................................6

1.1 晶体双折射效应 …………………………………………………………6

1.2 表面等离激元简介…………………………………………………………7

1.3 增强透射效应……………………………………………………………8

1.4 矩形小孔阵列的偏振效应……………………………………………9

第二章 矩形孔的有效折射率…………………………………………………9

2.1 矩形孔的有效折射率和截止波长………………………………………9

2.2 正交的矩形小孔二聚体…………………………………………………10

第三章 亚波长矩形小孔的双折射效应…………………………………11

3.1 阵列中的x偏振……………………………………………………11

3.2阵列中的y偏振……………………………………………………13

3.3 本章小结 ………………………………………………………………15

1. 亚/超波长矩形孔的双折射效应………………………………15

4.1 亚波长/超波长混合结构图例 ……………………………………15

4.2 亚波长超波长矩形孔的x偏振…………………………………………16

4.3 亚波长超波长矩形孔的y偏振………………………………………17

4.4 本章小结……………………………………………………………………20

第五章 总结 ………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………22致谢 ……………………………………………………………………24

穿孔金属膜的双折射效应研究

摘 要

晶体的双折射效应具有重要的应用价值。近来等离激元材料吸引了人们广泛的关注。能否利用等离激元材料实现双折射效应呢? 本文回顾了矩形孔的偏振效应、截止波长、有效折射率；研究分析了亚波长的正交矩形小孔二聚体的透射效应，其中2个正交的线偏振光具有不同的传播行为；研究利用超波长的正交矩形小孔二聚体的透射效应，实现2个偏振光在空间的分离。

关键词： 等离激元 矩形孔 透射效应 双折射效应

ABSTRACT

Double refraction effect of crystal has important application value. Recently, a wide range of attention has been paid to the plasmonic materials. Can we use the plasmonic materials to realize the birefringence effect? This paper reviews the polarization effect, cutoff wavelength, the effective refractive index of the rectangular holes. We also research and analyze the transmission effect of arrays of subwavelength orthogonal rectangular hole dimers, where two orthogonal linearly polarized light own different transmission behaviors. Finally, the transmission effect of super-wavelength orthogonal rectangular hole dimers have also been studied, to achieve the separation of two linearly polarized light in space.

KeyWords: Surface plasmons, Rectangular holes, Transmission effect, Birefringence.

1. 引 言

1.1 晶体的双折射效应

晶体的双折射效应具有重要的应用，如用以产生线偏振光，或用以制作波片实现光偏振的转化。光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射。这两束光为振动方向互相垂直的线偏振光。光在非均质材料中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变，其折射率值不止一个。光波入射非均质体，除特殊方向以外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏振光，此现象称为双折射。光波仅在入射单轴晶体时会分解成寻常光o光与非常光e光，而在入射双轴晶体时分解的两种偏振光均为非常光！

可是，晶体双折射也是有缺点的，通常要求晶体具有较大的尺寸（远大于波长）。这限制了双折射效应在纳米光子学中的应用或限制了光学元件的集成。近来，表面等离激元材料由于其独特的光学性质、自由的材料设计和潜在的重要应用受到了人们极大的关注。表面等离激元材料在操纵光的传播上显示了前所未见的能力。试问，能否利用超薄的（纳米尺度）、微结构的金属薄膜来实现光的双折射效应呢？

1.2表面等离激元简介

早在一百多年前，人们就认识到贵金属（合金）纳米颗粒在可见光区表现出很强的宽带光吸收特征。这种现象实质上是由于费米能级附近导带上的自由电子在电磁场的驱动下在金属表面发生集体震荡，产生所谓局域表面等离激元；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。我们可简单通过计算金属颗粒表面局域电场的增强因子来证实这种Frohlich共振[8]。另一方面，由于金属的介电常数为负数（光频段），电磁场和金属表面自由电子震荡能够发生强烈的耦合，从而形成局域于金属表面、沿着金属表面传播的表面电磁波，即表面等离极化激元（surface plasmon polariton）。

这几年，国际上关于表面等离激元的研究，有了很多重大的进展。国内与表面等离激元有关的研究进展也有很多的报道，涉及表面拉曼增强[1]，传感器器件[2]，纳米光子学[3]，左手材料[4]，亚波长光学[5]，及其他的一些应用技术[6]。与此有关的研究论文、综述文章及书籍频频发表或出版。比如，Standord出版社出版的《Plasmonic Nanoguides and Circuits》的文集[7]，书中围绕各种SPP波导收集了12个专题论述。读者可参考。

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