表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布.目前,金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外,在中红外波段内也显示出独特的光谱特性,具备设计生产优良传感器的潜力,因而同样备受瞩目.研究表明,在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数.相比于单个微纳颗粒而言,阵列结构由于拥有良好的周期性,从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势.基于此,提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构,利用时域有限差分方法,在4～18μm波段范围内,通过分别改变该阵列的结构参数,包括颗粒半径、高度、间距及颗粒形状等,系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、透射光谱和吸收光谱等特性的影响.研究发现,在8～10μm光谱内,入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应,表现出明显的共振峰特性.可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数.研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值.
中红外 金微纳颗粒 时域有限差分 表面等离激元