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表面等离极化激元

十一月 24, 2023

表面等离极化激元 （Surface Plasmon Polaritons）是一种在金属–电介质或金属-空气介面上传播的处于红外或可见光波段的电磁波。"表面等离极化激元"这一术语阐明了这一物理现象既包含金属中的电子运动（"表面等离激元"），也包含在空气或电介质中传播的电磁波（"极化子"）。[1]

表面等离极化激元是一种表面波, 如同光在光纤中传播一样，表面等离极化激元仅在金属和电介质的介面上传播。表面等离极化激元比使其激发的入射光（光子）具有更短的波长。[2] 因此，表面等离极化激元具有更好空间局域性 和更高的局部场强.[2] 其电场垂直于金属表面，且具有亚波长局域性。表面等离极化激元会在介面上传播，直至其能量由于金属的吸收或者向其他方向的散射而消耗殆尽（比如向自由空间的散射）。

对于表面等离激元相关物理机制的研究和应用使得应用于显微科学的亚波长光学和突破衍射极限的光刻技术成为可能。其同样促成了第一次对光子本身基本微观力学性质的测量：光子在电介质中的动量。 其他应用还包括光子数据存储，生物光子学等。[2][3][4]


激发 编辑

 
图 1: （a）Kretschmann和（b）耦合表面等离子体的衰减全反射设置的Otto配置。在这两种情况下，表面等离子体极化激元均沿着金属/电介质界面传播。
 
图 2: 用于表面等离子体的光栅耦合器。波矢随空间频率增加。


SPP可以通过电子和光子激发。电子激发方法将电子加速并射入金属体中，这一过程伴随着能量从电子到金属等离子体的转移。平行于金属表面的散射分量导致了表面等离极化激元的形成。[5]


对于激发表面等离极化激元的光子，两者必须具有相同的频率和动量。然而，由于不同的色散关系（见下文），对于给定的频率，自由空间光子的动量比等离激元更小。这种动量的不匹配是由于来自空气的自由空间光子不能直接耦合激发表面等离极化激元的原因。同样的原因，光滑金属表面上的极化激元不能将能量通过自由空间光子的形式发射到电介质中（如果电介质是均匀的话）。这种不兼容性与全反射类似。

尽管如此，光子与SPP的耦合可以通过使用耦合介质来实现，例如光学棱镜或光栅来匹配光子和SPP的波矢（从而匹配它们的动量）。棱镜可以靠Kretschmann配置中的薄金属膜定位，或者非常接近Otto配置中的金属表面（图1）。光栅耦合器通过增加波矢的平行分量来实现匹配（图2）。该方法虽然不经常使用，但对于理论上理解表面表面粗糙度的影响至关重要。此外，金属表面上的孤立缺陷，例如在平坦表面上的凹槽，狭缝或波纹，提供了自由空间辐射和表面等离极化激元交换能量并相互耦合的机制。

相关条目 编辑

参考文献 编辑

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  2. ^ 2.0 2.1 2.2 NIST researchers, Nanofabrication Research Group. Three-Dimensional Plasmonic Metamaterials. National Institute of Science and Technology. [2011-02-15]. （原始内容于2016-06-04）. 
    • NIST researchers, Nanofabrication Research Group. Opto-mechanical Devices for Measuring Nanoplasmonic Metamaterials. National Institute of Science and Technology. [2011-02-15]. （原始内容于2016-03-16）. 
    •   本条目引用的公有领域材料来自國家標準技術研究所的文档《Three-Dimensional Plasmonic Metamaterials》。
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参见 编辑

  • Ebbesen, T. W.; Lezec, H. J.; Ghaemi, H. F.; Thio, T.; Wolff, P. A. Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays (PDF). Nature. 1998, 391 (6668): 667 [2018-02-26]. Bibcode:1998Natur.391..667E. doi:10.1038/35570. （原始内容 (PDF)于2012-03-19）. 
  • Hendry, E.; Garcia-Vidal, F.; Martin-Moreno, L.; Rivas, J.; Bonn, M.; Hibbins, A.; Lockyear, M. Optical Control over Surface-Plasmon-Polariton-Assisted THz Transmission through a Slit Aperture (PDF). Physical Review Letters. 2008, 100 (12): 123901 [2018-02-26]. Bibcode:2008PhRvL.100l3901H. PMID 18517865. doi:10.1103/PhysRevLett.100.123901. （原始内容 (PDF)于2016-03-03）.  Free PDF download.
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外部链接 编辑

  • White, Justin. Surface Plasmon Polaritons (Online). Stanford University. Physics department. March 19, 2007. （原始内容于2018-10-19）.  "Submitted as coursework for AP272. Winter 2007".

十一月 24, 2023
表面等离极化激元, surface, plasmon, polaritons, 是一种在金属, 电介质或金属, 空气介面上传播的处于红外或可见光波段的电磁波, 这一术语阐明了这一物理现象既包含金属中的电子运动, 表面等离激元, 也包含在空气或电介质中传播的电磁波, 极化子, 是一种表面波, 如同光在光纤中传播一样, 仅在金属和电介质的介面上传播, 比使其激发的入射光, 光子, 具有更短的波长, 因此, 具有更好空间局域性和更高的局部场强, 其电场垂直于金属表面, 且具有亚波长局域性, 会在介面上传播, 直至其能量由. 表面等离极化激元 Surface Plasmon Polaritons 是一种在金属 电介质或金属 空气介面上传播的处于红外或可见光波段的电磁波 表面等离极化激元 这一术语阐明了这一物理现象既包含金属中的电子运动 表面等离激元 也包含在空气或电介质中传播的电磁波 极化子 1 表面等离极化激元是一种表面波 如同光在光纤中传播一样 表面等离极化激元仅在金属和电介质的介面上传播 表面等离极化激元比使其激发的入射光 光子 具有更短的波长 2 因此 表面等离极化激元具有更好空间局域性和更高的局部场强 2 其电场垂直于金属表面 且具有亚波长局域性 表面等离极化激元会在介面上传播 直至其能量由于金属的吸收或者向其他方向的散射而消耗殆尽 比如向自由空间的散射 对于表面等离激元相关物理机制的研究和应用使得应用于显微科学的亚波长光学和突破衍射极限的光刻技术成为可能 其同样促成了第一次对光子本身基本微观力学性质的测量 光子在电介质中的动量 其他应用还包括光子数据存储 生物光子学等 2 3 4 目录 1 激发 2 相关条目 3 参考文献 4 参见 5 外部链接激发 编辑 nbsp 图 1 a Kretschmann和 b 耦合表面等离子体的衰减全反射设置的Otto配置 在这两种情况下 表面等离子体极化激元均沿着金属 电介质界面传播 nbsp 图 2 用于表面等离子体的光栅耦合器 波矢随空间频率增加 SPP可以通过电子和光子激发 电子激发方法将电子加速并射入金属体中 这一过程伴随着能量从电子到金属等离子体的转移 平行于金属表面的散射分量导致了表面等离极化激元的形成 5 对于激发表面等离极化激元的光子 两者必须具有相同的频率和动量 然而 由于不同的色散关系 见下文 对于给定的频率 自由空间光子的动量比等离激元更小 这种动量的不匹配是由于来自空气的自由空间光子不能直接耦合激发表面等离极化激元的原因 同样的原因 光滑金属表面上的极化激元不能将能量通过自由空间光子的形式发射到电介质中 如果电介质是均匀的话 这种不兼容性与全反射类似 尽管如此 光子与SPP的耦合可以通过使用耦合介质来实现 例如光学棱镜或光栅来匹配光子和SPP的波矢 从而匹配它们的动量 棱镜可以靠Kretschmann配置中的薄金属膜定位 或者非常接近Otto配置中的金属表面 图1 光栅耦合器通过增加波矢的平行分量来实现匹配 图2 该方法虽然不经常使用 但对于理论上理解表面表面粗糙度的影响至关重要 此外 金属表面上的孤立缺陷 例如在平坦表面上的凹槽 狭缝或波纹 提供了自由空间辐射和表面等离极化激元交换能量并相互耦合的机制 相关条目 编辑表面等离激元参考文献 编辑 S Zeng Baillargeat Dominique Ho Ho Pui Yong Ken Tye et al Nanomaterials enhanced surface plasmon resonance for biological and chemical sensing applications PDF Chemical Society Reviews 2014 43 10 3426 3452 2018 02 26 PMID 24549396 doi 10 1039 C3CS60479A 原始内容 PDF 存档于2016 01 06 2 0 2 1 2 2 NIST researchers Nanofabrication Research Group Three Dimensional Plasmonic Metamaterials National Institute of Science and Technology 2011 02 15 原始内容存档于2016 06 04 NIST researchers Nanofabrication Research Group Opto mechanical Devices for Measuring Nanoplasmonic Metamaterials National Institute of Science and Technology 2011 02 15 原始内容存档于2016 03 16 nbsp 本条目引用的公有领域材料来自國家標準技術研究所的文档 Three Dimensional Plasmonic Metamaterials Yarris Lynn GRIN Plasmonics Online news release U S Department of Energy National Laboratory Operated by the University of California 2011 02 15 原始内容存档于2016 06 04 Barnes William L Dereux Alain Ebbesen Thomas W Surface plasmon subwavelength optics PDF Nature 2003 424 6950 824 30 Bibcode 2003Natur 424 824B PMID 12917696 doi 10 1038 nature01937 Huidobro Paloma A Nesterov Maxim L Martin Moreno Luis Garcia Vidal Francisco J Transformation Optics for Plasmonics PDF Nano Letters 2010 10 6 1985 90 2018 02 26 Bibcode 2010NanoL 10 1985H PMID 20465271 arXiv 1003 1154 nbsp doi 10 1021 nl100800c 原始内容存档 PDF 于2016 03 03 Free PDF download for these peer reviewed articles PDF from arxiv org Transformation Optics for Plasmonics 页面存档备份 存于互联网档案馆 15 pages Zeng Shuwen Yu Xia Law Wing Cheung Zhang Yating Hu Rui Dinh Xuan Quyen Ho Ho Pui Yong Ken Tye Size dependence of Au NP enhanced surface plasmon resonance based on differential phase measurement Sensors and Actuators B Chemical 2013 176 1128 2018 02 27 doi 10 1016 j snb 2012 09 073 原始内容存档于2018 09 27 参见 编辑Ebbesen T W Lezec H J Ghaemi H F Thio T Wolff P A Extraordinary optical transmission through sub wavelength hole arrays PDF Nature 1998 391 6668 667 2018 02 26 Bibcode 1998Natur 391 667E doi 10 1038 35570 原始内容存档 PDF 于2012 03 19 Hendry E Garcia Vidal F Martin Moreno L Rivas J Bonn M Hibbins A Lockyear M Optical Control over Surface Plasmon Polariton Assisted THz Transmission through a Slit Aperture PDF Physical Review Letters 2008 100 12 123901 2018 02 26 Bibcode 2008PhRvL 100l3901H PMID 18517865 doi 10 1103 PhysRevLett 100 123901 原始内容存档 PDF 于2016 03 03 Free PDF download Barnes William L Dereux Alain Ebbesen Thomas W Surface plasmon subwavelength optics PDF Nature 2003 424 6950 824 30 2018年2月26日 Bibcode 2003Natur 424 824B PMID 12917696 doi 10 1038 nature01937 原始内容 PDF 存档于2011年8月11日 Free PDF download Pitarke J M Silkin V M Chulkov E V Echenique P M Theory of surface plasmons and surface plasmon polaritons PDF Reports on Progress in Physics 2007 70 1 2018 02 26 Bibcode 2007RPPh 70 1P arXiv cond mat 0611257 nbsp doi 10 1088 0034 4885 70 1 R01 原始内容存档 PDF 于2017 08 09 Free PDF download 外部链接 编辑White Justin Surface Plasmon Polaritons Online Stanford University Physics department March 19 2007 原始内容存档于2018 10 19 Submitted as coursework for AP272 Winter 2007 取自 https zh wikipedia org w index php title 表面等离极化激元 amp oldid 78598137, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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