微结构表面磁极化共振频率的色散关系预测模型

张玉涛，岳 慧，林嘉轩

(电磁散射重点实验室，上海200438)

0 引言

负折射率材料是近二十年光谱控制领域的新课题，因其在超级透镜、热辐射器、传感器等光电器件方面具有广阔的应用前景[1-3]，因此负折射率的概念一经提出，就引起了广泛的关注。近年来，在穿孔的金属/介质/金属(MIM)结构光谱特性研究中，有效实现了复磁导率和负折射率[4-5]。在穿孔MIM结构的负折射率研究中，发现了一系列共振引起的吸收峰，并将这种共振效应称为磁极化。这种共振在其他的MIM微结构中同样存在，比如一维金属光栅，二维光栅等[6-7]，同时这些吸收峰的位置随着入射角的变化移动很小，具有等方性的特征，预测磁极化效应引起的共振频率对微结构表面的设计具有重要意义，可减少结构表面设计的时间。

表面等离子激元(SPPs)是入射电磁波与金属表面集体振荡的电子之间相互作用产生的沿金属表面传播的电磁波，可以有效增强微结构表面的吸收，在单一的金属/介质界面上，SPPs引起的吸收峰位置随入射角的变化会发生明显的移动。然而，在MIM微结构表面中，SPPs会变得更复杂，在两个金属/真空界面和两个金属/介质界面都会激发SPPs，金属/真空界面上的SPPs为外SPPs(e-SPP)，金属/介质界面上的SPPs为内SPPs(i-SPP)。当介质层厚度足够小时，两个i-SPP之间会相互耦合，这就是MIM微结构表面中的磁极化效应[8]。描述MIM结构中SPPs传播特性的方程即为色散关系，只要满足色散关系，就可激发磁极化效应。因此，利用色散关系可以预测出MIM微结构表面的共振频率。……