表面等离激元的操控:原理与研究进展

梅 霆 ，杨 东，张 辉，金 桂，3，李 浩，李一岑，朱 凝

(1.华南师范大学光电子材料与技术研究所，广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东广州510631;2.新加坡南洋理工大学电子与电机工程院，纳米光子实验室，新加坡639798;3.湘南学院物理与电子信息工程系，湖南郴州423000)

表面等离激元(Surface Plasmon，SP)是自由电子沿导体表面的集体振荡，即电子气的疏密波. SP与相邻介质中的光子耦合形成的混合体，亦即极化激元，被称为表面等离极化激元(Surface Plasmon Polariton，SPP). SPP 可沿连续界面传播且高度局域于界面，场强在界面处最大，在界面两侧呈指数衰减.尽管关于SP 研究的历史可溯源至1902年［1-2］，WOOD［3］用一束光照射在金属光栅上时发现在反射光中出现一系列明暗条纹，即Wood 异常，但早期的研究进展比较缓慢. 1957年，RITCHIE［4］发表了首篇关于SP 理论的文章，在研究金属薄膜中快电子的损耗时发现金属表面存在等离子体模式. 在相同频率情况下，SPP 的波矢比光的波矢大，不能直接在传播介质中采用光波激发出沿界面传播的SPP，致使SPP 的实验工作具有很大挑战性. 1968年，OTTO［5］取得了突破性进展，设计了一种采用衰减全反射方法的结构，在特定的入射角度下激发SP，在反射谱上形成1个尖锐的凹槽，即表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)现象. 同年，KRETSCHMANN 与RAETHER［6］设计了另一种同样采用衰减全反射方法来激发SP 的结构. 这2 种结构分别被称为Otto 结构和Kretschmann 结构，也称衰减全反射结构或棱镜耦合结构，直到目前仍被认为是激发SP 的主要方式.

SP 的场增强效应以及场分布高度表面局……