金属/介质薄膜中声子热辐射的空间和各向异性研究

董 欣，张 霞，孙学博，元双秀，徐 慧，苏富芳

曲阜师范大学物理工程学院，山东省激光偏光技术重点实验室，山东 曲阜 273165

引 言

近年来，光学人工微结构(optical artificial microstructure)已成为国内外研究和应用的热点之一。其拥有独特的光学特性, 可实现人为调控光与物质相互作用，以满足人们对微纳米尺度光学器件的需求[1]。金属/介质(metal/dielectric, MD)是光学人工微纳结构组成基元的重要材料组合方式之一。在这种组合方式中，由于光子与介质中声子的耦合，产生表面声子激元(surface phonon polaritons, SPhP)[2]。在纳米尺度上实现场强局域，突破亚衍射限制。在红外波段对纳米光学器件有着深远的影响，包括各种红外器件[3]。声子是描述晶格振动的元激发，是当电磁波与晶格振动相互作用产生的强吸收。因此，通过光学人工微纳结构调控声子元激发，产生调控SPhP，可以得到比其他材料更优良的性质。在诸多介质材料中，SiO2是红外波段产生SPhP的优良极性介质材料[4]，最常见且成本低。更重要的是SiO2薄膜声子对调控人工光学微结构物理性能方面有着不可忽视的作用，例如提高超材料反射品质因子[5]等。综上，研究MD薄膜结构中SiO2声子的辐射状态，无论是在基础研究还是红外器件开发，都具有重要的意义。

基尔霍夫定律(Kirchhoff’s law)告诉我们，物质的热辐射和吸收是等价的[6]，而且热辐射与材料中的本征模式紧密相关。在红外，相干光源比较稀有，利用红外光学人工微结构热辐射，可以产生相干光源[7]。同时，热辐射又可作为研究红外人工光学微结构手段[8]。……