等离激元Fano共振的激发与应用

2018-03-23崔健

电子技术与软件工程 2018年4期

关键词：耦合

摘要Fano共振的概念是由意大利物理学家U.Fano在量子体系的框架中提出，描述的是原子吸收光谱中会出现不对称洛伦兹线型。这是由于量子体系中的连续态能级和分立态能级相互重叠而产生量子干涉的结果。在等离激元体系中，同样存在着Fano共振源于纳米结构体系所支持的等离激元明模式与暗模式的耦合，更加适用于实际应用。本文总结了两种主要的等离激元Fano共振的激发方式，并简述了等离激元Fano共振的几个典型应用。通过对其激发和应用领域的概述，使人们能够更加深入地了解和认识等离激元Fano共振。

【关键词】等离激元Fano共振明模式暗模式耦合

1 理论概述

等离激元Fano共振源于金属纳米结构体系中能够与入射光直接作用部分激发的等离激元偶极明模式和被明模式激发的暗模式相互作用。结构体系激发的明模式，具有较大的辐射展宽，类似于量子体系中的连续态能带；而暗模式由于不能被入射光直接激發，它具有较小的辐射展宽，类似于量子体系中的分立态能级。当这些明模式和暗模式相互耦合，在所得的光谱中也会获的非对称洛伦兹线型，这种效应对于谱线整形、提高结构体系传感性能和非线性效应具有十分重要的应用。本文简单地例举了两种激发等离激元Fano共振的方法，并对其在实际应用方面做了概述。

2 等离激元Fano共振的激发

由于激发等离激元Fano共振需要两个性质不同的模式之间的耦合，分别是具有强辐射损耗的模式的明模式和具有弱辐射损耗的暗模式。如何激发明暗模式和它们之间的耦合是等离激元Fano共振激发的关键。

2.1 明暗模式均由整体结构体系支持

该方法是利用整体结构体系形成的等离激元明模式和整体结构体系形成的等离激元暗模式相互耦合得到了等离激元Fano共振效应。最为典型的就是单体结构的情况，如对于一个入射光垂直辐照下的银圆柱体结构，其明暗模式均是由其自身在不同波长位置处下所激发，再通过在光谱中的相互重叠就激发了等离激元Fano共振效应，如图1a所示。

2.2 明暗模式分别由结构体系不同部分支持

3 等离激元Fano共振的应用

等离激元Fano共振在众多领域都有广泛的应用，本文简单例举了在传感和表面增强光谱信号方面的应用。

基于等离激元Fano共振具有较高的品质因数，对周围环境介电常数变化极其敏感的特点，可以作为一种传感器，可以实现实时、无标记且高效的检测。

基于等离激元Fano共振能够将入射场能量很好的局域在结构表面，并产生极大近场增强的特点，可以用于增强特定光谱学信号，如SERS、二次谐波等。

4 结语

本文通过两种方式来叙述了等离激元Fano共振的激发机制，可以对设计纳米结构形态有进一步帮助。利用等离激元Fano共振独特的光学特性，为传感、表面增强光谱等多个领域有重要的应用。

参考文献

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作者简介

崔健（1991-），男，朝鲜族，吉林省延边州朝鲜族自治州人。硕士学历。研究方向为原子分子与电磁场相互作用。

作者单位

长春理工大学吉林省长春市 130000